JP6909687B2 - 医用フォトメータ、および医用フォトメトリシステム - Google Patents

医用フォトメータ、および医用フォトメトリシステム Download PDF

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Description

本発明は、医用フォトメータ、および当該医用フォトメータを備える医用フォトメトリシステムに関する。
特許文献１は、医用フォトメータの一例であるパルスフォトメータを開示している。パルスフォトメータは、フォトメトリの一例として被検者の動脈血酸素飽和度を算出する装置である。具体的には、血液の吸光係数の比が異なる複数の波長の光が、当該被検者の組織に照射される。当該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。動脈血酸素飽和度は、各波長に係る減光度変化量の比に基づいて算出される。
特許４１９６２０９号公報
被検者への過剰な酸素投与が当該被検者にとって負担となることが近年わかってきた。酸素投与に伴い、被検者の血液中の動脈血酸素飽和度が上昇する。すなわち、動脈血酸素飽和度は、被検者への酸素投与の程度を知るための一指標となりうる。しかしながら、動脈血酸素飽和度が１００％に達すると、酸素投与が過度であるかの判断が難しい。
本発明は、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときに当該被検者への酸素投与量が適当であるかを判断できる新たな指標を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための一態様は、医用フォトメータであって、
第一波長を含む第一の光を第一発光部に出射させる第一制御信号、第二波長を含む第二の光を第二発光部に出射させる第二制御信号、第三波長を含む第三の光を第三発光部に出射させる第三制御信号、および第四波長を含む第四の光を第四発光部に出射させる第四制御信号を生成する信号生成部と、
被検者の組織を透過または反射した前記第一の光の強度に対応する第一強度信号、当該組織を透過または反射した前記第二の光の強度に対応する第二強度信号、当該組織を透過または反射した前記第三の光の強度に対応する第三強度信号、および当該組織を透過または反射した前記第四の光の強度に対応する第四強度信号を取得する信号取得部と、
プロセッサと、
前記プロセッサにより実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記第一波長と前記第二波長は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が第一の値を持つ二つの波長として選ばれており、
前記第三波長と前記第四波長は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が前記第一の値とは異なる第二の値を持つ二つの波長として選ばれており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記第一制御信号、前記第二制御信号、前記第三制御信号、前記第四制御信号、前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号に基づいて、前記被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときの静脈血酸素飽和度を算出する。
上記の目的を達成するための一態様は、医用フォトメトリシステムであって、
第一波長を含む第一の光を発光する第一発光部と、
第二波長を含む第二の光を発光する第二発光部と、
第三波長を含む第三の光を発光する第三発光部と、
第四波長を含む第四の光を発光する第四発光部と、
被検者の組織を透過または反射した前記第一の光の強度に対応する第一強度信号、当該組織を透過または反射した前記第二の光の強度に対応する第二強度信号、当該組織を透過または反射した前記第三の光の強度に対応する第三強度信号、および当該組織を透過または反射した前記第四の光の強度に対応する第四強度信号を出力する受光部と、
前記第一発光部、前記第二発光部、前記第三発光部、前記第四発光部、および前記受光部が有線接続または無線接続された医用フォトメータと、
を備えており、
前記医用フォトメータは、
前記第一の光を前記第一発光部に出射させる第一制御信号、前記第二の光を前記第二発光部に出射させる第二制御信号、前記第三の光を前記第三発光部に出射させる第三制御信号、および前記第四の光を前記第四発光部に出射させる第四制御信号を生成する信号生成部と、
前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を取得する信号取得部と、
プロセッサと、
前記プロセッサにより実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記第一波長と前記第二波長は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が第一の値を持つ二つの波長として選ばれており、
前記第三波長と前記第四波長は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が前記第一の値とは異なる第二の値を持つ二つの波長として選ばれており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記第一制御信号、前記第二制御信号、前記第三制御信号、前記第四制御信号、前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号に基づいて、前記被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときの静脈血酸素飽和度を算出する。
上記の目的を達成するための一態様は、医用フォトメータであって、
被検者の組織を透過また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、当該組織を透過また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、当該組織を透過または反射した第三波長を含む第三の光の強度に対応する第三強度信号、および当該組織を透過または反射した第四波長を含む第四の光の強度に対応する第四強度信号を取得する信号取得部と、
プロセッサと、
前記プロセッサにより実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記第一波長と前記第二波長は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が第一の値を持つ二つの波長として選ばれており、
前記第三波長と前記第四波長は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が前記第一の値とは異なる第二の値を持つ二つの波長として選ばれており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、
前記組織が圧迫されていない状態における前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を含む第一信号セットを取得し、
前記組織が圧迫された状態における前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を含む第二信号セットを取得し、
前記第一信号セットと前記第二信号セットに基づいて、前記被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときの静脈血酸素飽和度を算出する。
上記の目的を達成するための一態様は、医用フォトメトリシステムであって、
第一波長を含む第一の光を発光する第一発光部と、
第二波長を含む第二の光を発光する第二発光部と、
第三波長を含む第三の光を発光する第三発光部と、
第四波長を含む第四の光を発光する第四発光部と、
被検者の組織を透過または反射した前記第一の光の強度に対応する第一強度信号、当該組織を透過または反射した前記第二の光の強度に対応する第二強度信号、当該組織を透過または反射した前記第三の光の強度に対応する第三強度信号、および当該組織を透過または反射した前記第四の光の強度に対応する第四強度信号を出力する受光部と、
前記第一発光部、前記第二発光部、前記第三発光部、前記第四発光部、および前記受光部が有線接続または無線接続された医用フォトメータと、
を備えており、
前記医用フォトメータは、
前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を取得する信号取得部と、
プロセッサと、
前記プロセッサにより実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記第一波長と前記第二波長は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が第一の値を持つ二つの波長として選ばれており、
前記第三波長と前記第四波長は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が前記第一の値とは異なる第二の値を持つ二つの波長として選ばれており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記医用フォトメータは、
前記組織が圧迫されていない状態における前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を含む第一信号セットを取得し、
前記組織が圧迫された状態における前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を含む第二信号セットを取得し、
前記第一信号セットと前記第二信号セットに基づいて、前記被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときの静脈血酸素飽和度を算出する。
上記の各態様によれば、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であっても、算出された静脈血酸素飽和度に基づいて当該被検者への酸素投与量が適当であるかを判断できる。換言すると、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときに当該被検者への酸素投与量が適当であるかを判断できる新たな指標を提供できる。
一実施形態に係る医用フォトメトリシステムの機能構成を示す図である。 静脈血酸素飽和度の算出原理を説明するための図である。 図１の医用フォトメータの動作例を示すフローチャートである。
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、一実施形態に係る医用フォトメトリシステム１の機能構成を示している。
医用フォトメトリシステム１は、第一発光部１１、第二発光部１２、第三発光部１３、第四発光部１４、受光部２０、および医用フォトメータ３０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、６６０ｎｍが挙げられる。第一発光部１１は、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。
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、７００ｎｍが挙げられる。第二発光部１２は、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。
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、６４５ｎｍが挙げられる。第三発光部１３は、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。
第四発光部１４は、第四波長λ4を含む第四の光を出射するように構成されている。第四波長λ4の例としては、７３０ｎｍが挙げられる。第四発光部１４は、第四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。
受光部２０は、第一波長λ1、第二波長λ2、第三波長λ3、および第四波長λ4に感度を有する光センサである。更に他の波長に感度を有する構成としてもよい。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。
受光部２０は、被検者の組織を透過または反射した第一の光の強度Ｉ1に応じて、第一強度信号Ｓo1を出力するように構成されている。組織の例としては、被検者の指先や耳朶が挙げられる。受光部２０は、組織を透過または反射した第二の光の強度Ｉ2に応じて、第二強度信号Ｓo2を出力するように構成されている。受光部２０は、組織を透過または反射した第三の光の強度Ｉ3に応じて、第三強度信号Ｓo3を出力するように構成されている。受光部２０は、組織を透過または反射した第四の光の強度Ｉ4に応じて、第四強度信号Ｓo4を出力するように構成されている。
医用フォトメータ３０は、第一発光部１１、第二発光部１２、第三発光部１３、第四発光部１４、および受光部２０と有線接続または無線接続されている。医用フォトメータ３０は、信号生成部３１、信号取得部３２、および制御部３３を備えている。
信号生成部３１は、第一制御信号Ｓi1、第二制御信号Ｓi2、第三制御信号Ｓi3、および第四制御信号Ｓi4を生成するように構成されている。第一制御信号Ｓi1は、第一発光部１１に第一の光を第一強度Ｉ01で出射させる。第二制御信号Ｓi2は、第二発光部１２に第二の光を第二強度Ｉ02で出射させる。第三制御信号Ｓi3は、第三発光部１３に第三の光を第三強度Ｉ03で出射させる。第四制御信号Ｓi4は、第四発光部１４に第四の光を第四強度Ｉ04で出射させる。信号生成部３１は、制御部３３からの指令に応じて第一制御信号Ｓi1、第二制御信号Ｓi2、第三制御信号Ｓi3、および第四制御信号Ｓi4を生成する回路と、これらの信号を出力するためのインターフェースを含んでいる。
信号取得部３２は、受光部２０から出力された第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4を取得するように構成されている。信号取得部３２は、第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4の入力を受け付けるインターフェースと、これらの信号を制御部３３へ伝達する信号伝達回路を含んでいる。
制御部３３は、信号生成部３１および信号取得部３２と通信可能である。制御部３３は、プロセッサ３３１とメモリ３３２を備えている。
プロセッサ３３１の例としては、ＣＰＵやＭＰＵが挙げられる。メモリ３３２は、プロセッサが実行可能な命令を記憶するように構成されている。メモリ３３２の例としては、各種の命令が記憶されたＲＯＭや、プロセッサ３３１により実行される各種命令が記憶されるワークエリアを有するＲＡＭなどが挙げられる。
メモリ３３２に記憶された命令がプロセッサ３３１により実行されると、医用フォトメータ３０は、以下の処理を実行する。
制御部３３は、信号生成部３１に第一制御信号Ｓi1を生成させる。これにより、第一発光部１１は、第一波長λ1を含む第一の光を、第一強度Ｉ01で出射する。受光部２０は、被検者の組織を透過または反射した第一の光を受け、当該第一の光の強度Ｉ1に対応する第一強度信号Ｓo1を出力する。制御部３３は、信号取得部３２に第一強度信号Ｓo1を取得させる。
第一強度信号Ｓo1に基づいて、組織を透過または反射したことによる第一の光の減光度（第一減光度）Ａ1が取得される。第一減光度Ａ1は、次式により表される。すなわち、第一減光度Ａ1は、第一制御信号Ｓi1と第一強度信号Ｓo1に基づいて取得されうる。

Ａ1＝ｌｎ（Ｉ01／Ｉ1）
（１）
制御部３３は、信号生成部３１に第二制御信号Ｓi2を生成させる。これにより、第二発光部１２は、第二波長λ2を含む第二の光を、第二強度Ｉ02で出射する。受光部２０は、被検者の組織を透過または反射した第二の光を受け、当該第二の光の強度Ｉ2に対応する第二強度信号Ｓo2を出力する。制御部３３は、信号取得部３２に第二強度信号Ｓo2を取得させる。
第二強度信号Ｓo2に基づいて、組織を透過または反射したことによる第二の光の減光度（第二減光度）Ａ2が取得される。第二減光度Ａ2は、次式により表される。すなわち、第二減光度Ａ2は、第二制御信号Ｓi2と第二強度信号Ｓo2に基づいて取得されうる。

Ａ2＝ｌｎ（Ｉ02／Ｉ2）
（２）
第一減光度Ａ1と第二減光度Ａ2は、それぞれ次式で表されうる。

Ａ1＝（Ｅa1・Ｈｂ・Ｄa＋Ｅv1・Ｈｂ・Ｄv＋Σt1・Ｄt）
（３）
Ａ2＝（Ｅa2・Ｈｂ・Ｄa＋Ｅv2・Ｈｂ・Ｄv＋Σt2・Ｄt）
（４）

上式において、Ｅaは、動脈血の吸光係数（dl g-1cm-1）を表している。Ｅvは、静脈血の吸光係数（dl g-1cm-1）を表している。Σtは、血液以外の組織の吸光係数（cm-1）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。Ｈｂは、血中ヘモグロビン濃度（g dl-1）を表している。Ｄaは、動脈血の厚さ（cm）を表している。Ｄvは、動脈血の厚さ（cm）を表している。Ｄtは、血液以外の組織の厚さ（cm）を表している。
すなわち、（３）式と（４）式において、右辺の第一項は、被検者の動脈血による減光度への寄与分に対応する。右辺の第二項は、被検者の静脈血による減光度への寄与分に対応する。右辺の第三項は、被検者の血液以外の組織による減光度への寄与分に対応する。
図２は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数の波長依存性を示している。本実施形態において、第一波長λ1（６６０ｎｍ）と第二波長λ2（７００ｎｍ）は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が実質的に等しい第一の値を持つ二つの波長として選ばれている。
すなわち、被検者の血液の酸素飽和度が１００％であるという条件下では、（３）式と（４）式において、Ｅa1とＥa2は近似的に等しいとみなせる。Σt1とΣt2も近似的に等しいとみなすと、次式が得られる。

Ａ1−Ａ2≒Ｅv1・Ｈｂ・Ｄv−Ｅv2・Ｈｂ・Ｄv
＝（Ｅv1−Ｅv2）Ｈｂ・Ｄv
（５）

また、（１）式と（２）式より、（５）式の左辺は下記のように書き換えられうる。

ｌｎ（Ｉ2／Ｉ1）−ｌｎ（Ｉ02／Ｉ01）＝（Ｅv1−Ｅv2）Ｈｂ・Ｄv
（６）

（６）式において、左辺の第一項は、信号取得部３２により取得された第一強度信号Ｓo1と第二強度信号Ｓo2の比に対応している。Ｉ01とＩ02の値は既知であるため、左辺の第二項は定数となる。すなわち、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が実質的に等しい第一の光と第二の光を選ぶことにより、第一の光と第二の光に係る動脈血と組織による吸光の影響を相殺できる。
制御部３３は、信号生成部３１に第三制御信号Ｓi3を生成させる。これにより、第三発光部１３は、第三波長λ3を含む第三の光を、第三強度Ｉ03で出射する。受光部２０は、被検者の組織を透過または反射した第三の光を受け、当該第三の光の強度Ｉ3に対応する第三強度信号Ｓo3を出力する。制御部３３は、信号取得部３２に第三強度信号Ｓo3を取得させる。
第三強度信号Ｓo3に基づいて、組織を透過または反射したことによる第三の光の減光度（第三減光度）Ａ3が取得される。第三減光度Ａ3は、次式により表される。すなわち、第三減光度Ａ3は、第三制御信号Ｓi3と第三強度信号Ｓo3に基づいて取得されうる。

Ａ3＝ｌｎ（Ｉ03／Ｉ3）
（７）
制御部３３は、信号生成部３１に第四制御信号Ｓi4を生成させる。これにより、第四発光部１４は、第四波長λ4を含む第四の光を、第四強度Ｉ04で出射する。受光部２０は、被検者の組織を透過または反射した第四の光を受け、当該第四の光の強度Ｉ4に対応する第四強度信号Ｓo4を出力する。制御部３３は、信号取得部３２に第四強度信号Ｓo4を取得させる。
第四強度信号Ｓo4に基づいて、組織を透過または反射したことによる第四の光の減光度（第四減光度）Ａ4が取得される。第四減光度Ａ4は、次式により表される。すなわち、第四減光度Ａ4は、第四制御信号Ｓi4と第四強度信号Ｓo4に基づいて取得されうる。

Ａ4＝ｌｎ（Ｉ04／Ｉ4）
（８）
第三減光度Ａ3と第四減光度Ａ4は、それぞれ次式で表されうる。

Ａ3＝（Ｅa3・Ｈｂ・Ｄa＋Ｅv3・Ｈｂ・Ｄv＋Σt3・Ｄt）
（９）
Ａ4＝（Ｅa4・Ｈｂ・Ｄa＋Ｅv4・Ｈｂ・Ｄv＋Σt4・Ｄt）
（１０）

上式において、Ｅaは、動脈血の吸光係数（dl g-1cm-1）を表している。Ｅvは、静脈血の吸光係数（dl g-1cm-1）を表している。Σtは、血液以外の組織の吸光係数（cm-1）を表している。添え字３は、第三の光を表している。添え字４は、第四の光を表している。Ｈｂは、血中ヘモグロビン濃度（g dl-1）を表している。Ｄaは、動脈血の厚さ（cm）を表している。Ｄvは、動脈血の厚さ（cm）を表している。Ｄtは、血液以外の組織の厚さ（cm）を表している。
すなわち（９）式と（１０）式において、右辺の第一項は、被検者の動脈血による減光度への寄与分に対応する。右辺の第二項は、被検者の静脈血による減光度への寄与分に対応する。右辺の第三項は、被検者の血液以外の組織による減光度への寄与分に対応する。
図２に示されるように、第三波長λ３（６４５ｎｍ）と第四波長λ４（７３０ｎｍ）は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が実質的に等しい第二の値を持つ二つの波長として選ばれている。第二の値は、上記第一の値と異なっている。
すなわち、被検者の血液の酸素飽和度が１００％であるという条件下では、（９）式と（１０）式において、Ｅa3とＥa4は近似的に等しいとみなせる。Σt3とΣt4も近似的に等しいとみなすと、次式が得られる。

Ａ3−Ａ4≒Ｅv3・Ｈｂ・Ｄv−Ｅv4・Ｈｂ・Ｄv
＝（Ｅv3−Ｅv4）Ｈｂ・Ｄv
（１１）

また、（７）式と（８）式より、（１１）式の左辺は下記のように書き換えられうる。

ｌｎ（Ｉ4／Ｉ3）−ｌｎ（Ｉ04／Ｉ03）＝（Ｅv3−Ｅv4）Ｈｂ・Ｄv
（１２）

（１２）式において、左辺の第一項は、信号取得部３２により取得された第三強度信号Ｓo3と第四強度信号Ｓo4の比に対応している。Ｉ03とＩ04の値は既知であるため、左辺の第二項は定数となる。すなわち、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が実質的に等しい第三の光と第四の光を選ぶことにより、第三の光と第四の光に係る動脈血と組織による吸光への影響を相殺できる。
さらに、（６）式と（１２）式より、次式が得られる。

［ｌｎ（Ｉ4／Ｉ3）−ｌｎ（Ｉ04／Ｉ03）］／［ｌｎ（Ｉ2／Ｉ1）−ｌｎ（Ｉ02／Ｉ01）］
＝（Ｅv3−Ｅv4）／（Ｅv1−Ｅv2）
（１３）

すなわち、それぞれ酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が実質的に等しい二つの光の組を二つ用いることにより、静脈血の厚み変動と血中ヘモグロビン濃度変動の少なくとも一方による吸光への影響を相殺できる。被検者の静脈血酸素飽和度は、（１３）式の右辺の関数として表現されうる。
したがって、メモリ３３２に記憶された命令がプロセッサ３３１により実行されると、医用フォトメータ３０は、第一制御信号Ｓi1、第二制御信号Ｓi2、第三制御信号Ｓi3、および第四制御信号Ｓi4、第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4に基づいて、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときの静脈血酸素飽和度を算出する。
このような構成によれば、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であっても、算出された静脈血酸素飽和度に基づいて当該被検者への酸素投与量が適当であるかを判断できる。換言すると、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときに当該被検者への酸素投与量が適当であるかを判断できる新たな指標を提供できる。
図示を省略するが、医用フォトメータ３０は、報知部を備えている。報知部は、算出された静脈血酸素飽和度を、視覚的報知、聴覚的報知、および触覚的報知の少なくとも一つを通じてユーザに報知する。報知部は、算出された静脈血酸素飽和度が被検者への酸素投与過剰を示唆している場合のみ報知を行なうように構成されてもよい。
図１に破線で示されるように、医用フォトメータ３０は、酸素投与装置４０と有線または無線で接続されうる。酸素投与装置４０は、被検者に酸素を投与する装置である。この場合、医用フォトメータ３０は、算出された静脈血酸素飽和度に基づいて、酸素投与装置４０の動作を制御する制御信号Ｓを、信号生成部３１に生成させうる。
例えば、算出された静脈血酸素飽和度が酸素投与不足を示唆している場合、酸素投与装置４０に被検者への酸素投与量を増加させる制御信号を、信号生成部３１に生成させる。算出された静脈血酸素飽和度が酸素投与過剰を示唆している場合、酸素投与装置４０に被検者への酸素投与量を減少させる制御信号を、信号生成部３１に生成させる。
このような構成によれば、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％である状況下での適切な酸素投与を自動化できる。
特開２０１４−１４７４７３号公報は、被検者の組織を圧迫して血液を排除することにより、動脈血酸素飽和度の算出に際して組織による吸光への影響を除く手法を開示している。具体的には、波長が異なる第一の光と第二の光が被検者の組織に照射される。組織が圧迫されていない第一状態において、第一の光の受光強度と第二の光の受光強度が取得される。次いで組織が圧迫された第二状態において、第一の光の受光強度と第二の光の受光強度が取得される。第一状態で取得された第一の光の受光強度と第二状態で取得された第一の光の受光強度から第一減光度が取得される。第一状態で取得された第二の光の受光強度と第二状態で取得された第二の光の受光強度から第二減光度が取得される。第一減光度と第二減光度の差分に基づき、被検者の動脈血酸素飽和度が算出される。
この手法を参照することにより、上記の（１）式、（２）式、（７）式、および（８）式は、下記のように書き換えられうる。

Ａ1＝ｌｎ（Ｉ21／Ｉ11）
（１４）
Ａ2＝ｌｎ（Ｉ22／Ｉ12）
（１５）
Ａ3＝ｌｎ（Ｉ23／Ｉ13）
（１６）
Ａ4＝ｌｎ（Ｉ24／Ｉ14）
（１７）

Ｉ11、Ｉ12、Ｉ13、およびＩ14は、それぞれ第一状態において受光部２０で取得される第一の光の強度、第二の光の強度、第三の光の強度、および第四の光の強度を表している。Ｉ21、Ｉ22、Ｉ23、およびＩ24は、それぞれ第二状態において受光部２０で取得される第一の光の強度、第二の光の強度、第三の光の強度、および第四の光の強度を表している。第一状態は、被検者の組織が圧迫されていない状態に対応している。第二状態は、被検者の組織が圧迫されている状態に対応している。
（３）式から（６）式を参照した説明に基づき、（１８）式が得られる。同様に、（９）式から（１２）式を参照した説明に基づき、（１９）式が得られる。

ｌｎ（Ｉ12／Ｉ11）−ｌｎ（Ｉ22／Ｉ21）＝（Ｅv1−Ｅv2）Ｈｂ・Ｄv
（１８）
ｌｎ（Ｉ14／Ｉ13）−ｌｎ（Ｉ24／Ｉ23）＝（Ｅv3−Ｅv4）Ｈｂ・Ｄv
（１９）

そして、（１３）式を参照した説明に基づき、次式が得られる。

［ｌｎ（Ｉ14／Ｉ13）−ｌｎ（Ｉ24／Ｉ23）］／［ｌｎ（Ｉ12／Ｉ11）−ｌｎ（Ｉ22／Ｉ21）］
＝（Ｅv3−Ｅv4）／（Ｅv1−Ｅv2）
（２０）
第一状態において受光部２０で取得される第一の光の強度Ｉ11、第二の光の強度Ｉ12、第三の光の強度Ｉ13、および第四の光の強度Ｉ14は、それぞれ第一状態において受光部２０から取得される第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4に対応している。第二状態において受光部２０で取得される第一の光の強度Ｉ21、第二の光の強度Ｉ22、第三の光の強度Ｉ23、および第四の光の強度Ｉ24は、それぞれ第二状態において受光部２０から取得される第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4に対応している。
したがって、第一状態において取得された第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4を含む第一信号セットと、第二状態において取得された第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4を含む第二信号セットとに基づいて、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときの静脈血酸素飽和度を算出できる。図３は、当該手法に基づく医用フォトメータ３０の動作例を示している。
まず、組織が圧迫されていない状態で、第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4を含む第一信号セットが取得される（ＳＴＥＰ１）。
次いで、組織が圧迫される（ＳＴＥＰ２）。圧迫は、ユーザの手によって行なわれてもよいし、カフによって行なわれてもよい。
圧迫がユーザの手によって行なわれる場合、視覚的報知、聴覚的報知、および触覚的報知の少なくとも一つを通じて、圧迫のタイミングがユーザに報知されることが好ましい。当該報知が、医用フォトメータ３０が第二信号セットを取得する契機となりうる。あるいは、ボタン操作などを通じてユーザが圧迫のタイミングを医用フォトメータ３０に入力する構成としてもよい。
圧迫がカフによって行なわれる場合、医用フォトメータ３０は、カフの内圧を加減する圧力制御部を備えうる。圧力制御部は、ポンプを含みうる。圧力制御部の動作は、制御部３３によって制御されうる。カフによる圧迫は、ユーザによるボタン操作などを通じて行なわれてもよいし、制御部３３によって自動的に行なわれてもよい。
組織が圧迫された状態において、第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4を含む第二信号セットが取得される（ＳＴＥＰ３）。
そして、取得された第一信号セットと第二信号セットに基づき、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときの静脈血酸素飽和度が算出される（ＳＴＥＰ４）。
このような構成によれば、組織の圧迫状態を変化させるのみで、受光部２０から取得される第一強度信号Ｓo1、第二強度信号Ｓo2、第三強度信号Ｓo3、および第四強度信号Ｓo4のみに基づいて、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であるときの静脈血酸素飽和度を算出できる。すなわち、被検者の動脈血酸素飽和度が１００％であっても、組織の圧迫状態を変化させるのみで、算出された静脈血酸素飽和度に基づいて当該被検者への酸素投与量が適当であるかを判断できる。
本例においては、組織が圧迫されていない状態が第一信号セットに対応しており、組織が圧迫されている状態が第二信号セットに対応している。しかしながら、組織が圧迫されている状態が第一信号セットに対応し、組織が圧迫されていない状態が第二信号セットに対応してもよい。
上記の実施形態は、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。
上記の実施形態においては、第一波長λ1と第二波長λ2の組として、６６０ｎｍと７００ｎｍが選ばれており、第三波長λ3と第四波長λ4の組として、６４５ｎｍと７３０ｎｍが選ばれている。しかしながら、二つの組の少なくとも一方は、酸素飽和度が１００％であるときの血液の吸光係数が実質的に等しい任意の二波長に変更されうる。
上記の実施形態においては、被検者の静脈血酸素飽和度を算出するための構成のみが設けられている。しかしながら、当該被検者の動脈血酸素飽和度を算出するための構成が設けられうる。この場合、動脈血酸素飽和度を算出するための要素（発光部、受光部、信号生成部、信号取得部、制御部など）の少なくとも一つは、上記の実施形態に係る静脈血酸素飽和度を算出するための対応要素と共用されうる。なお、算出された動脈血酸素飽和度の値は、当該被検者への酸素投与不足を判定するために用いられうる。
１：医用フォトメトリシステム、１１：第一発光部、１２：第二発光部、１３：第三発光部、１４：第四発光部、２０：受光部、３０：医用フォトメータ、３１：信号生成部、３２：信号取得部、３３：制御部、３３１：プロセッサ、３３２：メモリ、４０：酸素投与装置、λ1：第一波長、λ2：第二波長、λ3：第三波長、λ4：第四波長、Ｓi1：第一制御信号、Ｓi2：第二制御信号、Ｓi3：第三制御信号、Ｓi4：第四制御信号、Ｓo1：第一強度信号、Ｓo2：第二強度信号、Ｓo3：第三強度信号、Ｓo4：第四強度信号

Claims (8)

  1. 第一波長を含む第一の光を第一発光部に出射させる第一制御信号、第二波長を含む第二の光を第二発光部に出射させる第二制御信号、第三波長を含む第三の光を第三発光部に出射させる第三制御信号、および第四波長を含む第四の光を第四発光部に出射させる第四制御信号を生成する信号生成部と、
    被検者の組織を透過または反射した前記第一の光の強度に対応する第一強度信号、当該組織を透過または反射した前記第二の光の強度に対応する第二強度信号、当該組織を透過または反射した前記第三の光の強度に対応する第三強度信号、および当該組織を透過または反射した前記第四の光の強度に対応する第四強度信号を取得する信号取得部と、
    プロセッサと、
    前記プロセッサにより実行可能な命令を記憶するメモリと、
    を備えており、
    前記第一波長と前記第二波長は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が第一の値を持つ二つの波長であり、
    前記第三波長と前記第四波長は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が前記第一の値とは異なる第二の値を持つ二つの波長であり、
    前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記第一制御信号、前記第二制御信号、前記第三制御信号、前記第四制御信号、前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号に基づいて、前記被検者の静脈血酸素飽和度を算出する、
    医用フォトメータ。
  2. 前記第一波長は、６６０ｎｍであり、
    前記第二波長は、７００ｎｍであり、
    前記第三波長は、６４５ｎｍであり、
    前記第四波長は、７３０ｎｍである、
    請求項１に記載の医用フォトメータ。
  3. 前記命令が前記プロセッサに実行されると、算出された前記静脈血酸素飽和度に基づいて、前記被検者に酸素を投与する酸素投与装置の動作を制御する制御信号を、前記信号生成部に生成させる、
    請求項１または２に記載の医用フォトメータ。
  4. 第一波長を含む第一の光を発光する第一発光部と、
    第二波長を含む第二の光を発光する第二発光部と、
    第三波長を含む第三の光を発光する第三発光部と、
    第四波長を含む第四の光を発光する第四発光部と、
    被検者の組織を透過または反射した前記第一の光の強度に対応する第一強度信号、当該組織を透過または反射した前記第二の光の強度に対応する第二強度信号、当該組織を透過または反射した前記第三の光の強度に対応する第三強度信号、および当該組織を透過または反射した前記第四の光の強度に対応する第四強度信号を出力する受光部と、
    前記第一発光部、前記第二発光部、前記第三発光部、前記第四発光部、および前記受光部が有線または無線で接続された医用フォトメータと、
    を備えており、
    前記医用フォトメータは、
    前記第一の光を前記第一発光部に出射させる第一制御信号、前記第二の光を前記第二発光部に出射させる第二制御信号、前記第三の光を前記第三発光部に出射させる第三制御信号、および前記第四の光を前記第四発光部に出射させる第四制御信号を生成する信号生成部と、
    前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を取得する信号取得部と、
    プロセッサと、
    前記プロセッサにより実行可能な命令を記憶するメモリと、
    を備えており、
    前記第一波長と前記第二波長は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が第一の値を持つ二つの波長であり、
    前記第三波長と前記第四波長は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が前記第一の値とは異なる第二の値を持つ二つの波長であり、
    前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記第一制御信号、前記第二制御信号、前記第三制御信号、前記第四制御信号、前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号に基づいて、前記被検者の静脈血酸素飽和度を算出する、
    医用フォトメトリシステム。
  5. 被検者の組織を透過また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、当該組織を透過また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、当該組織を透過または反射した第三波長を含む第三の光の強度に対応する第三強度信号、および当該組織を透過または反射した第四波長を含む第四の光の強度に対応する第四強度信号を取得する信号取得部と、
    プロセッサと、
    前記プロセッサにより実行可能な命令を記憶するメモリと、
    を備えており、
    前記第一波長と前記第二波長は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が第一の値を持つ二つの波長であり、
    前記第三波長と前記第四波長は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が前記第一の値とは異なる第二の値を持つ二つの波長であり、
    前記命令が前記プロセッサにより実行されると、
    前記組織が圧迫されていない状態における前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を含む第一信号セットを取得し、
    前記組織が圧迫された状態における前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を含む第二信号セットを取得し、
    前記第一信号セットと前記第二信号セットに基づいて、前記被検者の静脈血酸素飽和度を算出する、
    医用フォトメータ。
  6. 前記第一波長は、６６０ｎｍであり、
    前記第二波長は、７００ｎｍであり、
    前記第三波長は、６４５ｎｍであり、
    前記第四波長は、７３０ｎｍである、
    請求項５に記載の医用フォトメータ。
  7. 前記被検者に酸素を投与する酸素投与装置の動作を制御する制御信号を生成する信号生成部を備えており、
    前記命令が前記プロセッサに実行されると、算出された前記静脈血酸素飽和度に基づいて、前記信号生成部に前記制御信号を生成させる、
    請求項５または６に記載の医用フォトメータ。
  8. 第一波長を含む第一の光を発光する第一発光部と、
    第二波長を含む第二の光を発光する第二発光部と、
    第三波長を含む第三の光を発光する第三発光部と、
    第四波長を含む第四の光を発光する第四発光部と、
    被検者の組織を透過または反射した前記第一の光の強度に対応する第一強度信号、当該組織を透過または反射した前記第二の光の強度に対応する第二強度信号、当該組織を透過または反射した前記第三の光の強度に対応する第三強度信号、および当該組織を透過または反射した前記第四の光の強度に対応する第四強度信号を出力する受光部と、
    前記第一発光部、前記第二発光部、前記第三発光部、前記第四発光部、および前記受光部が有線接続または無線接続された医用フォトメータと、
    を備えており、
    前記医用フォトメータは、
    前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を取得する信号取得部と、
    プロセッサと、
    前記プロセッサにより実行可能な命令を記憶するメモリと、
    を備えており、
    前記第一波長と前記第二波長は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が第一の値を持つ二つの波長であり、
    前記第三波長と前記第四波長は、酸化ヘモグロビンの吸光係数が前記第一の値とは異なる第二の値を持つ二つの波長であり、
    前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記医用フォトメータは、
    前記組織が圧迫されていない状態における前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を含む第一信号セットを取得し、
    前記組織が圧迫された状態における前記第一強度信号、前記第二強度信号、前記第三強度信号、および前記第四強度信号を含む第二信号セットを取得し、
    前記第一信号セットと前記第二信号セットに基づいて、前記被検者の静脈血酸素飽和度を算出する、
    医用フォトメトリシステム。
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