JPH0257239A

JPH0257239A - 光センサ用プローブ

Info

Publication number: JPH0257239A
Application number: JP63207360A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Kono; 弘昌河野; Masahiro Nudeshima; ぬで島　雅博
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1990-02-27
Also published as: DK411889D0; US5058587A; DE68924633D1; EP0361999A1; DK411889A; EP0361999B1; DE68924633T2

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］本発明は生体組織及び血液中のヘモグロビン酸素飽和度
やヘモグロビン濃度を測定するための光センサ用プロー
ブに関するもので、特に人工心肺回路等の体外循環回路
に組込まれて使用され、ヘモグロビン酸素飽和度及びヘ
モグロビン濃度を連続的にモニタするための光センサ用
プローブに関するものである。

［従来の技術］開心術等では一時的に生体固有の心臓や肺の代わりに人
工心肺装置による体外循環が行われるが、その際、血液
循環による酸素運搬量及び生体の酸素消費量を知るため
に、動静脈の酸素飽和度及びヘモグロビン酸素飽和度を
定期的に血液をサンプリングして測定している。これで
は、連続して酸素飽和度が検査できないため、患者や被
検者等の状態の急変に対する対応が遅れてしまう危険が
あるにのような危険を防止するための方法として、従来
よりよく知られているように特定波長の光を被検体の血
液中に照射し、その反射光強度や透過光強度から酸素飽
和度を求める方法があるが、ヘモグロビン濃度に関して
は、従来より検討されてきたものの、精度良く測定する
方法は確立されていなかった。

［発明が解決しようとしている課題］また、従来の血液中よりの反射光強度を検知する検出器
では、血液中に浸されて反射光強度を検出するために長
時間血液中に浸されていると、回路部品の特性が血液の
温度の影響等により変化してしまう。このため、ヘモグ
ロビン濃度等が正確に測定できるような反射光強度が得
られないという問題があった。また、血液中に電気回路
部品が浸されることにより漏電等の危険性をも含むこと
になる。

また更に、ヘモグロビン濃度を連続して測定しモニタす
る場合、その測定時の反射光強度がヘモグロビン濃度と
は相関はあるものの、血球の大きさや形状等の影響によ
り、安定して精度良く反射光強度を測定することができ
なかった。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、安全でか
つ精度良く、連続して血液中の反射光強度を測定できる
光センサ用プローブを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］上記目的を構成
するために本発明の光センサ用プローブは以下の様な構
成からなる。即ち、血液中に光を照射し、該血液からの
反射光な検出する光センサ用プローブであって、端部な
血液に接触させ、前記端部の反対側端部より入射された
光を血液中に照射するための光照射手段と、前記血液中
に照射された光の反射光を前記血液に接触する端部より
入射して反射光強度を検出する検出素子に伝達する受光
手段とを備える。

そして、この光照射手段と受光手段の血液に接触するそ
れぞれの端部な所定間隔で配している。

他の請求項によれば、光照射手段と受光手段の血液に接触する端部はは光ファ
イバで構成されている。

そして、その端部の間隔は１．５ｍｍから３゜０ｍｍの
間にある。

［実施例］以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明例を詳細
に説明する。

［プローブの説明　（第１図〜第２図）］第１図は実施
例の光センサ用プローブの形状を示す図で、説明のため
一部を切欠いて断面で示している。第２図は光照射部よ
り照射された光が赤血球により反射されて受光部に入射
するのを示した模式図である。

第１図において、光センサ用プローブ１００はコネクタ
１０２により、体外血液循環回路を構成している管１０
１に固着されており、管１０１内は流動する血液により
満たされている。従って、プローブ１００の端面１０３
はコネクタ１０２の内壁面１０４と同一平面になるよう
平面加工が施され、血流の乱れを生じないようになって
いる。

この光センサ用プローブ１００は基本的に４つの部品で
構成されており、２本のＰＭＭＡ　（ポリメチルメタク
リレート−アクリル樹脂）光ファイバ１０５と光ファイ
バ１０６を固定するプローブ本体１１０、プローブ本体
１１０をコネクタ１０２に固定する固定ナツト１０７、
光ファイバを保護する塩ビチューブ１０８と光センサ用
プローブ１００との接続が極端に小さい曲率にならない
ために設けた軟質塩ビ性のキャップ１０９、そして血液
の漏れ防止のための０リング１１１により構成されてい
る。なお、ＰＭＭＡの代わりに石英ファイバを用いても
良い。

この実施例のプローブ１００には、２本の光ファイバ１
０５．１０６が固定されており、そのうちの１つ（１０
５）は、血液中へ照射する光を、例えばＬＥＤ等の発光
源から伝達して管１０１内に照射する光照射部を形成し
ており、他の光ファイバ１０６は、光ファイバ１０５よ
り血液中へ照射された光のうち血液中の赤血球で反射さ
れた光を、例えばフォトダイオード等の光強度を検出す
る光検知素子へ伝達する光ファイバである。

第２図において、光ファイバ１０５の管１０１内の血液
２０２と接触する端面により構成される光照射部から、
特定波長の光が血液２０２中に照射されている。この光
のうち赤血球２０１で反射された反射光の一部が、光フ
ァイバ１０６で構成される受光部に入射される。この入
射された反射光は光ファイバ１０６を通して図示しない
光検知素子に送られて反射光強度が測定される。

この反射光強度は、２本の光ファイバ１０５と１０６と
の間隔２１０を変えることにより変化する。これは光が
血液２０２中で散乱を繰返しながら進行し、受光部に到
達するまでの経路に依存していると考えられるためであ
る。このことを簡単に説明すると、間隔（光ファイバ１
０５と１０６の中心間距離）２１０が小さいときは、検
出された反射光強度は、ファイバ１０５と１０６の血液
２０２との接触端面近傍からの散乱光が大きな割合を占
め、間隔２１０が広がるにつれて接触端面から遠い赤血
球２０１により反射された散乱光の割合が増大する。

従って、発光用光ファイバ１０５と受光用光ファイバ１
０６との間隔２１０を広くとることにより、コネクタ内
壁面１０４近傍で生じる血流の乱れ及びヘマトクリット
の変動の影響を受けにくくなる。また、間隔２１０を広
くとることにより、光が十分に拡散され、個々の赤血球
のサイズ等に影響されにくい平均化された反射光を受光
できるようになる。

［測定結果の説明　（第３図、第４図）］第３図はこの
実施例のプローブ１００を用いて実際の血液で赤血球の
個数（ヘマトクリット値）を算出した実験結果を示す図
で、以下この実験結果を基に説明する。

第３図は血液中の二酸化炭素分圧Ｐ　ＣＯｚ及びＮ　ａ
　ＨＣＯ、−濃度を、それぞれｍｍＨｇ、ｍＭ単位で制
御し、血液のＰＨを変化させたときのへマドクリット値
の変化を示した図で、第４図は照射用と受光用の光ファ
イバの間隔が０．２５ｍｍと１．９５ｍｍのとき、各Ｐ
Ｈに対する波長８００ｎｍの反射光強度を示す図である
。

第３図では、二酸化炭素分圧ＰＣＯ□及びＮａＨＣＯ３
−濃度のそれぞれの値において、血液中のＰＨの値に比
例してヘマトクリット値が変化しているが、これは主に
浸透圧の変化により赤血球が膨張もしくは収縮すること
によるものと考えられる。

第４図において、４１は間隔Ｄ（２１０）が０．２４ｍ
ｍのときのＰＨに対する反射光強度を示し、４２は間隔
りが１．９５ｍｍのときのＰＨに対する反射光強度を示
している。第４図にみられるように、光照射用と受光用
の２本の光ファイバの間隔りが１．５ｍｍより狭いとき
にはＰＨの影響を強く受け、間隔りを広くとることによ
りＰＨの影響を受けなくなるが、３．０ｍｍ以上では感
度が悪くなる。なお、第４図でシンボルと共に示された
数字は、後述するヘモグロビン濃度の算出式により計算
される値である。また、ここで使用された２本の光ファ
イバのそれぞれは、間隔Ｄ＝０．２５ｍｍのときはそれ
ぞれ０．２５ｍｍの径を有し、間隔Ｄ＝１．９５ｍｍの
ときはそれぞれ０．７５ｍｍの径を有するＰＭＭＡプラ
スチック光ファイバである。

このように、赤血球のサイズは生体によりそれぞれ異な
っているが、適当な光フアイバ間隔りを設定することに
より、赤血球の大きさに依存しない反射光強度の測定が
できる。

ここでは適当な間隔として１．９５ｍｍの場合を示した
が、これは使用する光ファイバの径やそのほかの特性に
も依存するので、１．５ｍｍ〜３．０ｍｍの径を考慮に
入れている。

ヘモグロビン濃度［Ｈｂ］は波長８００ｎｍの反射光強
度Ｅから次式により計算される。

［Ｈｂ］　＝ａＥ”　＋ｂＥ＋ｃここで、ａ、ｂ、ｃは光センサの特性に依存する係数で
ある。具体的には、例えば前述の光フアイバ間隔りが０
．２５ｍｍの場合は、［Ｈｂ　　コ　＝０．０８４　　Ｅ”　　＋０．９２１
　　Ｅ＋３．７２であり、例えば前述した光フアイバ間
隔りが１゜９５ｍｍのものについては、［Ｈｂ］　＝０．９２９　Ｅ”　−２，４６Ｅ＋２４．
８となる。

なお、この実施例では血液中への光照射部と、血液中よ
りの反射光を受光する受光部とを光ファイバの端部で構
成するようにしたがこれに限定されるものでなく、血液
と接触する光照射部をＬＥＤなどの発光素子で構成し、
血液と接触する受光部分をフォトセンサなどの受光素子
で構成するようにしても良いことはもちろんである。こ
のときこれらＬＥＤやフォトセンサ等の血液と接触する
部分が電気的に絶縁されていることはもちろんである。

以上説明したようにこの実施例によれば、光ファイバに
より光信号を伝達することにより、電気回路部分と生体
と完全に電気的に絶縁できるので、漏電等の問題を考慮
する必要がなくなる。

また、オペアンプ等の電子部品が有する温度特性に起因
する血液温度の影響を完全に排除できる効果がある。

更に、光フアイバ端面により構成される光照射部と受光
部との間隔を、反射光強度が十分に検出できる範囲で広
くとることにより、赤血球の大きさ等の個々の血球が有
する性質に影響されない反射光強度を得ることができる
。

従って、この光センサ用プローブにより測定された反射
光強度を基に計算される酸素飽和度とヘモグロビン濃度
の精度が向上し、電気的に絶縁された安全な状態で連続
してヘモグロビン濃度や酸素飽和度等をモニタできる効
果がある。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、安全にかつ精度良
く、血液中における反射光強度を連続して測定できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の光センサ用プローブの構成を示す図、第２図は照射された光が赤血球によって反射され受光部
に入射するところを示す模式図、第３図は血液中の二酸
化炭素分圧及び濃度を制御し、ＰＨを変化させたときの
へマドクリット値の値を示す図、そして、第４図は発光と受光用光ファイバの間隔がそれぞれ０２
２５ｍｍと１．９５ｍｍのときの、ＰＨに対する波長の
反射光強度を示した図である。図中、１００・・・光センサ用プローブ、１０１・・・
管、１０２・・・コネクタ、１０３・・・プローブ端面
、１０４・・・コネクタ端面、１０５，１０６・・・光
ファイバ、１０７・・・固定ナツト、１０８・・・塩ビ
チューブ、１０９・・・キャップ、１１０・・・プロー
ブ本体、１１１・・・０リングである。ビ）−′、′−２第ｆｖＡ中曳間託隨

Claims

【特許請求の範囲】

（１）血液中に光を照射し、該血液からの反射光を検出
する光センサ用プローブであつて、端部を血液に接触させ、前記端部の反対側端部より入射
された光を血液中に照射するための光照射手段と、前記
血液中に照射された光の反射光を前記血液に接触する端
部より入射して反射光強度を検出する検出素子に伝達す
る受光手段とを備え、前記光照射手段と前記受光手段の血液に接触するそれぞ
れの端部を所定間隔で配したことを特徴とする光センサ
用プローブ。
（２）前記光照射手段及び前記受光手段のそれぞれの血
液に接触している端部は、光ファイバで構成されている
ことを特徴とする請求項第１項に記載の光センサ用プロ
ーブ。
（３）前記所定間隔は１．５ｍｍから３．０ｍｍの間に
あることを特徴とする請求項第１項に記載の光センサ用
プローブ。