JPH04138342A

JPH04138342A - 光診断装置

Info

Publication number: JPH04138342A
Application number: JP2261571A
Authority: JP
Inventors: Hideo Eda; 英雄江田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1990-09-29
Filing date: 1990-09-29
Publication date: 1992-05-12

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）本発明は医療分野全般で用いられ、特に光を用いて血液
の酸素飽和度と血液状態変化を非観血的に測定するため
の光診断装置に関するものである。

（従来の技術）血液のヘモグロビンは酸素と結合すると酸素化ヘモグロ
ビンとなり、酸素が外れると脱酸素化ヘモグロビンとな
る。酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとで光
の吸収スペクトルが異なることはよく知られている。そ
こで、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸
収係数の大小関係が波長により変化することを利用して
、血液の酸素飽和度を非観血的に測定したり、血液状態
変化を測定したりする試みがなされている。

動脈血の酸素飽和度を測定するものとしては、血液の脈
動に伴なう吸光度変化を２波長で測定し、各波長でのピ
ーク部分（ＡＣ部分）の比率から酸素飽和度を求めるパ
ルスオキシメータが知られている（「日本臨床麻酔学会
誌」、Ｖｏｌ、、６．　Ｎｏ、６／Ｄｅｃ、　１９８６
．４５２−４５９頁参照）。

また、３波長で吸光度を測定し、各波長での吸光度の時
間的変化から血液状態変化を求める生体用酸素モニタも
提案されている（ｒＯｘｙｇｅｎＴｒａｓｐｏｒｔ　ｔ
ｏ　Ｔｉ５ｓｕｅ　ＸＩ　Ｊ誌、Ｖｏｌ、２４８．１９
８９．１０３〜１０７頁参照）。

（発明が解決しようとする課題）パルスオキシメータは酸素飽和度のみを測定する装置で
あり、生体用酸素モニタは測定開始時からの血液状態変
化を定性的に測定する装置である。

両者はそれぞれ別個の装置であり、もし酸素飽和度と血
液状態変化をともに測定しようとすれば測定装置もセン
サも２組必要となり、装置が大ががりになる。

また、パルスオキシメータで酸素飽和度を測定している
とき、脈拍の状態が変わったり血液の量が変わったりし
た場合に誤差が発生するが、パルスオキシメータだけで
は血液量が変化したことなどをモニタすることはできな
い。

また、パルスオキシメータでは例えば手術中などに人口
心肺を使用して脈拍が消えた場合にはまるで無力である
。

本発明は１台の装置で酸素飽和度と血液状態変化をとも
に測定することができるようにして、測定値の信頼性を
高めるとともに、測定装置及びセンサを１組ですますこ
とにより、−層実用的な光診断装置を提供することを目
的とするものである。

（課題を解決するための手段）第１図により本発明を説明する。

２は波長の異なる複数の光を検体４へ導く送光部、６は
検体４からの光を測定する受光部、８は受光部からの信
号を取り込んで吸光度を算出する吸光度算出部、１０は
異なる波長間でピーク部分の吸光度比を算出する吸光度
比算出部、１２は算出された吸光度比に対して関係メモ
リ１２に記憶されている吸光度比と酸素飽和度との関係
を用いて酸素飽和度を求める酸素飽和度演算部、１４は
各波長ごとに一定時間分の吸光度を積算する積算部、１
６は吸光度積算値の時間変化に対して関係メモリ１２に
記憶されている吸光度積算値変化と血液状態変化との関
係を用いて血液状態変化を演算する血液状態演算部であ
り、関係メモリ１８は吸光度比と酸素飽和度との関係及
び吸光度積算値変化と血液状態変化との関係を記憶して
いる。

（作用）血液の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化へモクロビンの吸
収スペクトルは第２図に示されるような波長依存性をも
っている。８０５ｎｍでは両者の吸光度係数が等しく、
この点は等吸収点と呼ばれている。８０５ｎｍより短波
長側では脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収係数の方
が大きく、逆に８０５ｎｍより長波長側では酸素化ヘモ
グロビン（Ｈｂ○２）の吸収係数の方が大きくなる。

第３図により酸素飽和度を測定する手法を説明する。

測定２波長として例えば７８０ｎｍ　（λ□）と８０５
ｎｍ　（λ２）とを選択したとする。それぞれの波長で
吸光度を測定すると、脈拍によるピーク部分の吸光度１
１１１２の大きさは異なったものとなる。吸光度１１１
１２を示す血液量は同じであるので、この大きさの違い
は吸収係数の違いに依存している。酸素飽和度とパルス
高さ１＋、＋１２の間には一意の対応関係があり、−船
人としては酸素飽和度＝Ａ−Ｂ（ｉ２／ｉ□）の関係がある。Ａ、Ｂは係数である。酸素飽和度と吸光
度比（１２／］１）の関係を予め実験により求めておき
、係数Ａ、Ｂ又はテーブルとして関係メモリ１８に記憶
させておく。酸素飽和度演算部１２は算出された吸光度
比と関係メモリ１８に記憶されている上記の関係とから
酸素飽和度を算出する。

酸素飽和度の算出は、３波長で吸光度を測定すると一層
高精度に行なうことができる。例えば。

第２図に示されるλ□、λ２．λ３におけるピーク部分
の吸光度１１１　ｊ２＋　１３を測定し、酸素化ヘモグ
ロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度係数の大小関係
が逆方向になっている波長λ１とλ３での吸光度ｉ□ｌ
　ｊ３の差をとり、等吸収点λ２での吸光度１２との比
を求めると、酸素飽和度＝Ｃ−Ｄ　（ｉよ−ｊ３）　／ｉｚの関係が
ある。ここでＣ，Ｄは係数である。酸素飽和度と吸光度
比（ｊｔ　　ｉ３）／ｉｚの関係を予め実験により求め
ておき、係数Ｃ，Ｄ又はテーブルとして関係メモリ１８
に記憶させておく。

３波長を用いる方法によれば、２波長を用いる方法に比
べて同し酸素飽和度の変化に対しても吸光度差（、ｉｌ
　　１３）が大きくなるため、測定精度が向上する。

吸光度変化から血液状態変化を求める手法を第４図によ
り説明する。

各波長について吸光度を測定し、一定時間の吸光度を積
算する。この場合ピーク部分（ＡＣ部分）の吸光度のみ
でなく、定常的な血液法部分（ＤＣ部分）の吸光度も積
算する。一定時間の吸光度積算を繰り返し、積算値の差
を求めると、それは各波長についての時間的な吸光度変
化を表わすことになる。３波長λ□、λ７．λ３での吸
光度の時間変化をΔＯＤ１．Δ○Ｄ２．Δ○Ｄ３とする
と、血液状態変化とこれらの吸光度変化の間には次の（
１）〜（３）で表わされる関係がある（前述のｒＯｘｙ
ｇｅｎ　Ｔｒａｓｐｏｒｔ　ｔｏ　Ｔｉ５ｓｕｅ　ＸＩ
　４誌、Ｖｏ］、、２４８゜１．９８９．１０３〜１０
７頁参照）。

Δ［ＨｂＯ２］　＝　　　　　　　−３ΔＯＤ２＋　　
３Δ０１）３（］、）八へｂり　　＝１．６ΔＯＤ□−
２，８ΔＯＤ２＋　１．２Δ０Ｄ３（２）Δ　［ＴＨＢ
コ　＝１．６ΔＯＤ□−５，８ΔＯＤ２＋４．２八〇Ｄ
３　　（３）ここで、Δ［Ｈｂ０２］は酸素化ヘモグロ
ビン量変化。

Δ［Ｈｂ］は脱酸素化ヘモグロビン量変化、Δ［Ｔｌ１
ｂ］は全ヘモグロビン量変化を表わしている。

これらの式（１）〜（３）の係数を予め実験により求め
ておき、関係メモリ１８に記憶させておく。血液状態演
算部１２は算出された吸光度時間変化Δ○Ｄ１．ΔＯＤ
２．ΔＯＤ、と関係メモリ１８に記憶されている」上記
関係式の係数とから血液状態変化を算出する。

（実施例）第５図は一実施例を表わす。

送光部は３波長の光を検体６へ送るために光源として発
光波長の異なる３種類のＬＥＤ２０ａ。

２０ｂ、２０ｃを備木ている。２２は光源駆動部である
。各光源２０ａ、２０ｂ、２０ｃからの光はライトガイ
ド２４によって検体６へ導かれる。

検体６は血流が拍動している部分が好ましく、検体が人
体の場合には例えば指先や耳たぶなどか好ましい。２６
は検体６を挾んでライ１〜ガイドの送光端と対向した位
置に設けられた受光部であり、例えば光電子増倍管が用
いられる。受光部２６の検出信号は増幅器２８で増幅さ
れた後、Ａ／Ｄ変換器３０でデジタル信号に変換されて
インタフェース３２からＣＰＵ３４に取り込まれる。Ｃ
ＰＵ３４には、インタフェース３２を介してＲＯＭやＲ
ＡＭを含むメモリ装置３６、ティスプレー３８、キーボ
ード４０、レコーダ４２などが接続されている。光源駆
動部２２もインタフェース３２を経てＣＰＵ３４により
制御される。

光源２０ａ〜２０ｃは順次点灯するように制御され、そ
れぞれの波長での吸光度はそれぞれのメモリ領域に記憶
されていく。

第１図における吸光度算出部８、吸光度比算出部１０、
酸素飽和度演算部１２．積算部］４．血液状態演算部１
６はＣＰＵ３４とメモリ装置３６により実現され、関係
メモリ１８はメモリ装置３６により実現される。

次に、本実施例の動作を第６図を参照して説明する。

まず、初期設定としてタイマーをリセッ１〜し、吸光度
を記憶する各波長ごとのメモリ（吸光度メモリ）をクリ
アする。

測定開始が指令されると、波長λ、からλ、まで順に吸
光度が測定され、それぞれのメモリ領域に記憶されてい
く。血液の拍動に伴なうピークか検出されると、そのピ
ーク部分の変化分（ＡＣ部）の吸光度の比率が２波長又
は３波長で算出され、関係メモリに記憶されている関係
に従って酸素飽和度が求められる。

設定された一定時間が経過するまで上記の動作が繰り返
され、一定時間が経過すると各波長ごとに吸光度が積算
される。積算は吸光度のＡＣ部分だけでなくＤＣ部分も
含んで行なわれる。算出された吸光度はそれぞれの波長
ごとの領域に記憶される。

初期設定に戻って動作が繰り返され、すでに算出された
吸光度積算値がある状態になると、各波長ごとの吸光度
時間変化が算出される。吸光度時間変化が算出されると
、前述の式（１）〜（３）に従って血液状態変化が算出
される。

第６図では吸光度の積算を行なうために一定時間を設定
しているが、時間設定に代えて心拍と同期をとり、一定
の心拍数分で積算するようにしてもよい。心拍がほとん
ど変化しない安定した状態の場合には心拍数で設定する
方が測定精度が上がるが、心拍が変動する場合は時間で
設定する方が精度がよくなる。

（発明の効果）本発明では１組のセンサを備えた装置で酸素飽和度と血
液状態変化をともに測定することができるので、操作性
が向上し、装置のコストも低下する。これに対し、従来
のようにパルスオキシメータと生体酸素モニタが別の装
置となっている場合には、例えば心臓手術では心臓を止
めて脈動のない血液ポンプへ切り換えるため、脈拍が消
え、パルスオキシメータは使えなくなる。しかし、本発
明ではその場合でも血液状態変化は測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示すブロック図、第２図は酸素化ヘモ
グロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度特性を示す図
、第３図は本発明における酸素飽和度測定方法を示す図
、第４図は本発明における血液状態変化測定のための吸
光度積算方法を示す図、第５図は一実施例を示すブロッ
ク図、第６図は一実施例の動作を示すフローチャート図
である。２・・・・・送光部、４・・・・検体、６・・・・・・
受光部、８・・−吸光度算出部、１０・・　・吸光度比
算出部、１２・・・・酸素飽和度算出部、１４・・・・
・・積算部、１６・・・・血液状態演算部、１８・・・
・・関係メモリ、２０ａ〜２０ｃ・・・・・・光源、２
２・・・・・・光源即動部、２４・・・・・ライトガイ
ド、２６・・・・受光部、３４・・・・・ＣＰＵ、３６
・・・・・・メモリ装置。特許出願人　株式会社島津製作所

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波長の異なる複数の光を検体へ導く送光部と、検
体からの光を測定する受光部と、受光部からの信号を取
り込んで吸光度を算出する吸光度算出部と、異なる波長
間でピーク部分の吸光度比を算出する吸光度比算出部と
、算出された吸光度比に対して後記関係メモリに記憶さ
れている吸光度比と酸素飽和度との関係を用いて酸素飽
和度を求める酸素飽和度演算部と、各波長ごとに一定時
間分の吸光度を積算する積算部と、吸光度積算値の時間
変化に対して後記関係メモリに記憶されている吸光度積
算値変化と血液状態変化との関係を用いて血液状態変化
を演算する血液状態演算部と、吸光度比と酸素飽和度と
の関係及び吸光度積算値変化と血液状態変化との関係を
記憶している関係メモリとを備えた光診断装置。