JPH02305555A - 血液酸素飽和度・血圧同時測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、血液酸素飽和度・血圧同時測定装置に関する
。

〔従来の技術〕

呼吸管理を必要とする重傷患者、麻酔下にある患者等に
あっては、呼吸状態が急変して酸素欠乏に陥る危険性が
あるため、その患者の血圧や、血液ガス（酸素）情報を
連続的に計測する必要があるが、従来は夫々専用の血液
酸素飽和度測定装置や非観血的血圧計を使用する必要が
あり、患者に各々の検出子を装着して計測している。

従来の非観血的血圧計測方法には、オシロメトリンク法
や指先で計測する光容積振動法等による計測があり、一
方動脈血酸素飽和度測定には下記の様な測定原理の方法
がある。

即ち、これは、指尖等における動脈血の脈動に伴う２種
の光波長帯域の透過光の吸光度の変化を分析して、血液
酸素飽和度を連続的に測定するものである。

この計測の従来例の概要を以下に説明する。

第６図に、血液中の酸素及び還元ヘモグロビンの光に対
する吸収スペクトルを示す。吸光係数は、酸化ヘモグロ
ビンと還元ヘモグロビンとで波長によって相違する。一
般に波長λでは、 還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数　：ε舷酸化ヘモグロ
ビンＨｂ、の吸光係数：εム。

動脈血のＨｂ濃度　　　　　　　　：εＬ動脈血のＨｂ
、濃度　　　　　　　：εム。

静脈血のＨｂ濃度　　　　　　　：ε嘉静脈血のＨｂｏ
濃度　　　　　　　：ε泡。

組織の吸光係数　　　　　　　　：ε全組織濃度　　　
　　　　　　　　：Ｃｔ散乱光による吸収　　　　　　
　二Ｂ企吸収物質の光路長　　　　　　　：ｄ 透過光　　　　　　　　　　　　＝■λとし、第７図か
ら、状態（Ｉ）と（ｎ）で被測定系全体の吸光量を夫々
ＯＤＩ、ＯＤ２とすると、状態（Ｉ）、（ｎ）では、Ｌ
ａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ　（ランバート・ベア）の法則
により、 ＯＤ、　＝ｆｏｇ　（Ｉ　ｏ　／　Ｉ　’ｒ　）＝Ｃ６
ｃｔａｔ＋ε？２　Ｃｖｄｖ＋ （ε舷ＣＨｂ＋εム。ＣＩ（ｂｏ）ｄａ十Ｂ企、・・・
・（１）ＯＤｉ　＝ｌＯｇ　（１５／　Ｉ　’ｌ　）＝
ε＞ｃｔａｔ＋ε？）　Ｃｖｄｖ＋ （εＦｉｂＣＨｂ＋εし。ＣＨｂｏ）　ｄａ＋Ｂｊｚ　
　・・・・（２）で表わせる。

さて、吸光量の差をΔＡ入とすると、これは（１）、（
２）式から次のように表わされる（但し、Ｂ仝１ｚＢ合
、とする）。

ΔＡλ＝ＯＤｊ　−０Ｄ）　＝ｌｏｇ　（Ｉｊ　／　１
３　）、＝（εＬＣＨｂ＋ε舷。ＣＩ＜ｂｏ）Δｄａ・
・・・（３）従って、波長λ８、λ２に対する吸光量の
差ΔＡλ１、ΔＡλ２は、次のように表わされる。

ΔＡλ１−（εＦｉＡＣＭｂ＋ε酷。Ｃｖｔｂ−）Δｄ
ａ　　　・・・・（４）ΔＡλ２−（ε１４Ｃｔｂ＋ε
Ｎ。ＣＭｋ−）Δｄａ　　　・・・・（５）一方、全還
元ヘモグロビンＨｂの濃度Ｃは、Ｃ＝Ｃｔｈ＋ｃｗｈ。

　　　　・・・・（６）であるから、ＣＨｈは、 ＣＭｂ＝Ｃ−ＣＭ、、　　　　　　−−−−（７）と成
り、又、酸素飽和度Ｏ３は、 ａｓ−ｃ、Ｉｂ／Ｃ・・・・（８） と成るから、（７）　、　（８）式より、Ｃ１１Ｔｈ。

は次のように表わされる。

ＣＭｂ。＝Ｃ・Ｏ３・・・・（９） 従って、波長λ９、λ２での吸光量の差の比を求めると
、次式のように成る。

今、λ８をＨｂ　％　Ｈｂ＠の等吸収点（Ｉｓｏｓｂｅ
ｓｔｉｃＰａｉｎｔ　：イソスベスチック・ポイント）
に選ぶと、εは。＝εは　　　　　　・・・・（１２）
と成るから、酸素飽和度Ｏ３は、 〔発明が解決しようとする課題〕 上述した如く、従来は、血液酸素飽和度及び血圧を測定
するのに、夫々専用の測定装置を用い、多くの検出子を
患者の身体に取付けて行なっていたので、測定装置の測
定の準備及び操作が繁雑でそのための時間が掛ると共に
、患者に多大な負担を掛るという欠点があった。

かかる点に鑑み、本発明は、動脈及び静脈血の酸素飽和
度並び血圧を同時に測定することができると共に、測定
の準備及び操作が簡単で、そのための時間が少なくて済
み、且つ、患者の負担が軽減される測定装置を提案しよ
うとするものである。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明は、血液
酸素飽和度・血圧同時測定装置であって、互いに波長を
異にする第１及び第２の光を発生する光源（１）　、（
２）と、その光源（１）、（２）からの第１及び第２の
光の被検体（８）を透過した第１及び第２の透過光の光
量を検出する光検出器（６）と、被検体（８）にカフ圧
を加える加圧手段（５）　、（１１）、（１２）とを備
える複合検出器（７）を設ける。

又、光検出器（６）により検出された第１及び第２の透
過光量信号から、夫々　（ａ）脈波成分信号を分離する
手段（２１）、（２２）　、（ｂ）吸光度信号を得る手
段（２５）　、　（２６）及び（ｃ）吸光度変化分信号
を得る手段（２３）　、　（２４）と、カフの圧力を検
出する圧力検出手段（１５）とを設ける。

更に、脈波成分信号、吸光度信号、吸光度変化分信号及
び圧力検出手段（１５）の圧力信号を入力して所定の演
算を行う演算手段（２８）を設け、その演算によって、
吸光度信号及び吸光度変化分信号から、波長を異にする
第１及び第２の光に対する吸光度を、カフ圧に伴う血管
の状態変化に基づく動脈及び静脈に分離して算出するこ
とにより、動脈・静脈系の血液酸素飽和度を求めると共
に、脈波成分信号の振幅変化及び圧力信号から血圧値を
求める。

〔実施例〕

以下に、本発明をその実施例につき詳細に説明する。

先ず、第３図に示すように、検出のタイミングを、少な
（共、以下の３つの状態に設定する。

状態（１）は（動脈血）＋（静脈血） ＋（組織）＋（散乱層） 状態（ＩＩ）は（動脈血）＋　（ｌ織）＋（散乱層） 状Ｌｉ、（ＩＩＩ）は（組織）＋（散乱層）尚、４つの
状態も可能で、その場合には、後述する状態（１′）が
追加される。

入射光量を■今、透過光量を１６とし、被測定系全体の
吸光量を２つの光の波長λ４、λ２に対し、夫々ＯＤλ
工、ｏＤλ２とすると、各状態における吸光量は以下の
ように成る。

状態（Ｉ）（カフ圧が０又は低圧で、動脈及び静脈に直
置の変化がない領域） ＯＤｊ’＝ｆｏｇ　（Ｉｊ’／Ｉｊす ＝（ε晶Ｃ日ゎ＋ε剋。０口ゎ。）ｄａ＋＝（εｔａｇ
　ＣＬ＋εは。ｃｏ：ｂｏ）ｄａ＋する領域） ＯＤ）１＝　ｆ！、ｏｇ　（Ｉ　？３”／　Ｉ　）１）
＝（ε酷Ｃム＋ε晶。ＣＬ。）ｄａ＋ ＝（ε？ｄＡＣｆｉ、＋ε鍼。ＣＬ）ｄａ＋す、動脈血
流だけに成った領域） ｏＤ）工＝　ｌ　ｏｇ　（Ｉ　％”／　Ｉ　ｉり全に血
流が止っている領域） （ａ）　−（Ｃ）及び（ｂ）　−（ｄ）の式の演算（但
し、Ｂｊｌｚ　Ｂ：）１、Ｂ＋２七Ｂ＋！２）から、状
態（Ｉ）及び状態（■′）の吸光度の差ΔＡ　Ｗ、ΔＡ
悸は、静脈血に対する吸光度が残り、 と成り、更に ΔＡ惺＝ｆｏｇ（１％”／　Ｉ　）’）　−４ｏｇ（Ｉ
ｊ１／　Ｉ　）”）（ｌＧｔλ／ｌ仝１）　　　　　　
　　・・・・（３）（但し、ｉ、ｏｇ　Ｔ　＋’　−ｌ
ｏｇ　ｒ　令”はもの関数である）ΔＡ＋７＝ｆＯｇ（
Ｉｏ２／Ｉ＋２）　　ｆｏｇ（１）２／Ｉ）２）と成る
。（ｅ）　−（ｇ）及びげ）−（５）の式の演算から、
状態（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の吸光度の差を求めると、Δ
Ａ）ｉ＝ＯＤ）’−ＯＤ３１−４ｏｇ（Ｉｊ１／　１２
１）−４ｏｇ（Ｉｊ’７１％１）ΔＡ２（＝ＯＤ２２０
Ｄ’ｊ２＝ｊ！ｏｇ（Ｉｈ２／　１２２）　　ｆｆｉｏ
ｇ（１，２／　１３２）と成る。従って、静脈系及び動
脈系の酸素飽和度を夫々Ｏ３ｖ、Ｏ３ａ　とすると、こ
れらは上述の（ト）、（１）式から、次式のように表わ
される〔（９）式参照〕。

尚、（０）、（ｐ）式において、Ａ、Ｂは夫々、である
。

又、動脈系の酸素飽和度〔（０）式〕から静脈系の酸素
飽和度〔（ｐ）式〕を減算することにより、酸素消費量 が求められる。

以下に、第１図を参照して、本発明による血液酸素飽和
度・血圧同時測定装置の一実施例を説明する。

（７）は複合検出器を示し、以下にこの検出器（７）の
構成について説明する。（１）　、（２）は、互いに異
なる波長λｒ　（＝７５０ｎｍ）　、λｇ　（＝　８０
９ｎａ＋）を有するレーザダイオード、（６）はフォト
センサで、これら間に人間の手の指（８）が介在せしめ
られるように成されている。指（８）は、光透過性の弾
性薄膜（４）及び圧迫用カフ（５）の間に挟まれるよう
にされる。レーザダイオード（１）　、（２）からのレ
ーザビームは、Ｔ字型のオプティカルファイバ（３）の
横棒の両端に入射せしめられると共に、その縦棒の端部
から出射し、弾性薄膜（３）を通じて、指（８）に入射
せしめられ、その出射光がフォトセンサ（６）に入射せ
しめられる。又、圧迫用カフ（５）の表面にフォトセン
サ（６）が取り付けられている。

（９）はパルス発生回路で、これよりのパルスがレーザ
ドライバ（１０）に供給されて、ここでデユーティファ
クタが５０％で、互いに逆相の駆動パルスＰ（λＩ）、
Ｐ（λ２）が形成せしめられ、これら駆動パルスＰ（λ
＋）、ｐ（λ２）が、レーザダイオード（１）　、（２
）に供給されることによって、互いに交互に発光するよ
うになされている。

（１１）はエアポンプで、これよりの空気がカフ圧コン
トローラ（１２）及びパイプを通じて、圧迫用カフ（５
）に供給されるように成されている。

フォトセンサ（６）からの光検出信号は、アンプ（１３
）によって増幅された後、サンプリング／ホールド回路
（Ｓ／Ｈ）　（１４）に供給されて、パルス発生回路（
９）からの、上述の駆動パルスＰ（λ、）、Ｐ（λ２）
に夫々同期し、デユーティファクタが共に５０％より小
さい（等しい）２個のパルスかによってサンプリングさ
れると共にホールドされて、レーザダイオード（１）　
、（２）の波長λ１、λ２に対応した透過光量■λ１、
Ｉλ２の信号が出力される。

これら透過光量Ｉ入１、Ｉλ２の信号は、夫々対数回路
（１７）、（１８）、ローパスフィルタ（１９）、（２
０）及びバイパスフィルタ（２１）、（２２）に供給さ
れる。そして、対数回路（１７）、（１８）の各出力が
、夫々バイパスフィルタ（２３）、（２４）に供給され
、ローパスフィルタ（１９）、（２０）の各出力が、夫
々対数回路（２５）、（２６）に供給される。

かくして、バイパスフィルタ（２３）、（２４）から、
夫々吸光度変化分信号（吸光度の差の信号）ΔＡλ１、
ΔＡλ２の信号が、対数回路（２５）、（２６）から、
夫々吸光度Ａ入１　（＝ＯＤλ１）、Ａλ２　（＝ＯＤ
λ２）の信号が、バイパスフィルタ　（２１）、（２２
）カラ、夫々透過光量Ｉλ１、■λ２の信号に重畳した
脈波成分信号（容積脈波に比例する）Δ■λ１、ΔＩλ
２が出力され、これら出力が、Ａ／Ｄ変換回路（２７）
に供給されてデジタル信号に変換された後、マイクロコ
ンピュータ（２８）に供給されて演算される。

又、圧迫用カフ（５）内の空気の圧力は、パイプを通じ
て圧迫用カフ（５）と連通ずる圧力センサ（１５）によ
って検出され、その圧力Ｐｃの信号も、Ａ／Ｄ変換回路
（２７）に供給されてデジタル化されて、マイクロコン
ピュータ（２８）に供給されて上述の各デジタル信号と
共に演算される。

尚、上述の各データは、マイクロコンピュータ（２８）
内のＲＡＭ又は外部メモリ（いずれも図示せず）に記憶
させておく。

又、第１回の実施例において、透過光量Ｉ人工、Ｉλ２
の信号をデジタル信号に変換してから、これらデジタル
信号をデジタル演算回路又はマイクロコンピュータ（２
８）によって演算して、吸光度ΔＡλ１、ΔＡλ２の信
号、吸光度Ａλ１、Ａλ２の信号及び脈波成分Δ１　ｋ
ｘ、ΔＩλ２を算出するようにしても良い。

次に、第２図を参照して、マイクロコンピユー（２８）
おける上述の各デジタル信号の演算について、第２図の
フローチャートを参照すると共に、第４図をも用いて説
明する。第４図に、カフ圧ＰをＯｎ＋ｍＨｇから徐々の
増加させ、１８０ｍｍＨｇに達したら、今度は、Ｏｍｍ
Ｈｇまで徐々に減少させたときの、そのカフ圧Ｐ並びに
吸光度Ａλ１、Ａλ２及び脈波成分Δ■λ２（ΔＩλ１
も可）の各波形を示す。

第４図において、カフ圧ＰがＯｍｍＨｇのときは、吸光
度Ａλ１、Ａλ２は夫々異なる一定値を保っており、脈
波成分Δ■λ２は一定の振幅Ｅ１を以て振動しているが
、カフ圧Ｐが上昇を始めると、それに応じて吸光度Ａλ
１、Ａλ２の値及び脈波成分Δｌｉ２の振幅は上昇する
。そして、カフ圧Ｐが猶も上昇すると、吸光度Ａλ１、
Ａλ２の値及び脈波成分Δ■λ２の振幅も上昇する。こ
の様なカフ加圧過程において、カフ圧が低圧の時は、静
脈及び動脈から第３図の如く状態（Ｉ）〔及び状態（１
’）　）の吸光量を求める演算を行い、更に、カフ圧を
上昇させると静脈血流がＯと成り、動脈血流のみとなっ
た状態、即ち状態（ｎ）の吸光量を求める演算〔前記式
（ａ）〜（ｆ）〕を行う。そして、カフ圧Ｐが更に上昇
して、例えば最大設定カフ圧１８０■Ｈｇに達すると、
動脈の血流もなくなり、吸光度Ａ屓、Ａλ２の値は一定
と成り〔第３図の状態（■）〕、脈波成分Δ■λ２の振
幅は略０に成る。この状態（Ｉ［［）の吸光量も演算に
より求める。

そして、今度はカフ圧Ｐを１８０ｍｍＨｇからＯＩｌｌ
ＩＨｇを日差して、上昇時と対称的に下降させると、吸
光度、６．ｋｌ、Ａλ２の値及び脈波成分ΔＩλ２の振
幅も、カフ圧Ｐの上昇時と略対称に変化する。

従って、以下の説明では、カフ圧Ｐの上昇時のそのカフ
圧Ｐ、吸光度Ａλ１、Ａλ２及び脈波成分ΔＩλ２につ
いて説明し、カフ圧Ｐの下降時のカフ圧Ｐ、吸光度Ａλ
１、Ａλ２及び脈波成分ΔＩλ２については括弧書で示
す。

吸光度Ａλ１、Ａλ２のいずれか一方又は両方の微係数
が、０から正の値（負の値がら０）に変化したとき、即
ち、状態（Ｉ）が検出されたとき（ステップ５Ｔ−１）
、吸光度Ａλ１、Ａλ２の各値Ａ）１、Ａ仝２を得る（
例えば、検出する、以下、同じ）（ステップ５Ｔ−２）
。

脈波成分ΔＩλ２の振幅が、一定値Ｅ、がらＥｌより大
きいＥ、（Ｅ２からＥ、）に変化したとき、即ち、状態
（Ｉ′）が検出されたとき（ステップ５Ｔ−３）、吸光
量Ａ入１　（＝ＯＤλ１）、Ａλ２（＝ＯＤλ２）の各
値Ａさ１、Ａ＋２を得る（ステップ５Ｔ−４）。

脈波成分ΔＩｋ２の振幅が、Ｅ２より大きいＥｆｆ〔≦
最大値Ｅｍａｘ　）　　（Ｅｘ　）に変化したとき、即
ち、状態（ｎ）が検出されたとき（ステップ５Ｔ−５）
、吸光度Ａλ１、Ａλ２の各値Ａ舎１、Ａ舎２を得る（
ステップ５Ｔ−６）。

脈波成分Δ■λ２の振幅が、Ｅ、（＝Ｏ又はζ０〕（Ｅ
４）に成ったとき１、即ち、状態（１）が検出されたと
き（ステップ５Ｔ−７）、吸光度Ａλ１、Ａλ２の各値
Ａ’ｉ、Ａ全２を得る（ステップ５Ｔ−８）。

Ａ全１、Ａ全２、Ａさ１、Ａさ２を用いて、式（０）に
Ｙ屓＝Ａ全ｉ−Ａさ１、Ｙλ２　＝　Ａ全２Ａ仝２を代
入して演算（第１の演算）を行って、静脈の酸素飽和度
Ｏ３ｖを算出する（ステップ５Ｔ−９）。

Ａ全１、Ａ全２、Ａ）１、Ａ　）２を用いて、式（ｐ）
にＹ入１　＝　Ａ全１−Ａ）ｔ、Ｙ入２　＝　Ａ全２　
．４．）２を代入して演算（第２の演算）を行って、静
脈の酸素飽和度Ｏ３ｖを算出する（ステップ５Ｔ−１０
）。

脈波成分Δ■に２の振幅が、ＥｌからＥｘ（Ｄ）に（Ｅ
　ｚからＥｌに）に変化（第１の変化）をしたことが検
出されたとき（ステップ５Ｔ−１１）、カフ圧Ｐｃの値
、即ち、最小血圧Ｐｍ１ｎを得る（例えば、検出する、
以下、同じ）（ステップ５Ｔ−１２）（第２図及び第５
図参照）。

脈波成分ΔｌＸ２の振幅が最大（Ｍ）に成ったことが検
出されたとき（ステップ５Ｔ−１３）、カフ圧ＰｃＯ値
、即ち、平均血圧Ｐｍｖを得る（例えば、検出する、以
下、同じ）（ステップ５Ｔ−１４）（第２図及び第５図
参照）。

脈波成分ΔＩλ２の振幅が、Ｅ２から、Ｅｌ、Ｅ２より
小さいく、Ｅ３より大きいＥ４に（Ｅ４からＥ２に）変
化（第２の変化）をしたとき（ステップ５Ｔ−１５）、
カフ圧Ｐｃの値、即ち、最大血圧Ｐｍａにを得る（ステ
ップ５Ｔ−１６）（第２図及び第５図参照）。

上述により得られた血液飽和度及び血圧の各値は、ＣＲ
Ｔの表示部に表示され、又は記録装置の記録媒体（磁気
テープ、線テープ等）に記録される。

尚、かかる血圧測定方法は、オシロメトリック方法によ
るもので、その詳細は医科器械学　第５３巻　第１１号
別冊（昭和５８年１１月１日発行）に開示されている。

〔発明の効果〕

上述せる本発明によれば、単一の複合検出器を患者の身
体（被検体）に取付けるだけで、その患者の動脈及び静
脈血の酸素飽和度並びに血圧を同時に測定することがで
きると共に、測定の準備及び操作が簡単で、そのための
時間が少なくて済み、且つ、患者の負担が軽減される測
定装置を得ることができる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の実施例を示すブロック線図、第２図は
実施例のマイクロコンピュータによる信号処理の一例を
示すフローチャート、第３図は実施例の説明に供する説
明図、第４図はカフ圧に対する吸光度及び脈波成分の測
定例を示す曲線図、第５図は脈波成分及び血圧の関係を
示す曲線図、第６図は酸素ヘモグロビン及び還元ヘモグ
ロビンの吸収特性を示す特性曲線図、第７図は従来例の
血液酸素濃度測定の説明に供する説明図である。

（１）　、（２）はレーザダイオード、（５）は圧迫用
カフ、（６）はフォトセンサ、（７）は複合検出器、（
８）は指、（９）はパルス発生回路゛、（１０）はレー
ザドライバ、（１１）はエアポンプ、（１２）はカフ圧
コントローラ、（１７）、（１８）、（２５）、（２６
）は対数回路、（１９）、（２０）はローパスフィルタ
、（２１）、（２２）、（２３）、（２４）はバイパス
フィルタ、（２７）はＡ／Ｄ変換回路、（２８）はマイ
クロコンピュータである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 互いに波長を異にする第１及び第２の光を発生する光源
   と、該光源からの上記第１及び第２の光の被検体を透過
   した第１及び第２の透過光の光量を検出する光検出器と
   、上記被検体にカフ圧を加える加圧手段とを備える複合
   検出器と、 上記光検出器により検出された上記第１及び第２の透過
   光量信号から、夫々 （ａ）脈波成分信号を分離する手段、 （ｂ）吸光度信号を得る手段及び （ｃ）吸光度変化分信号を得る手段と、 上記カフの圧力を検出する圧力検出手段と、上記脈波成
   分信号、吸光度信号、吸光度変化分信号及び上記圧力検
   出手段の圧力信号を入力して所定の演算を行う演算手段
   とを備え、 該演算手段の演算によって、上記吸光度信号及び吸光度
   変化分信号から、上記波長を異にする第１及び第２の光
   に対する吸光度を、上記カフ圧に伴う血管の状態変化に
   基づく動脈及び静脈に分離して算出することにより、動
   脈・静脈系の血液酸素飽和度を求めると共に、 上記脈波成分信号の振幅変化及び上記圧力信号から血圧
   値を求めることを特徴とする血液酸素飽和度・血圧同時
   測定装置。