JPH04256733A

JPH04256733A - 血液パラメーターの測定装置およびその方法

Info

Publication number: JPH04256733A
Application number: JP3272114A
Authority: JP
Inventors: Bernhard Fischer; ベーンハード　フィッシャー; Peter Rother; ペーター　ローター
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1992-09-11
Also published as: US5522389A; EP0477417A1

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モニターおよび侵入血
液センサーと組み合わせた少なくとも一つの光ファイバ
ーを備えた光学プローブによってｐＨ、ｐＣＯ２、ｐＯ
２などの血液パラメーターを測定するための装置および
方法に関し、この装置において前記モニターは前記光フ
ァイバーに光を照射する少なくとも一つの発光ダイオー
ドと前記侵入血液センサーからフィードバックされた光
の強さを測定する光学要素を有し、そして前記侵入血液
センサーは、好ましくは前記発光ダイオードから照射さ
れた光の光学特性を変化させるポリマー中に固定された
一つの染料と、好ましくは前記モニターに変化した光を
フィードバックさせる反射鏡である手段とを有する。

【０００２】

【技術背景】血液パラメーターを侵入測定するための光
学プローブは通常、光ファイバーを経由して組み合わさ
れたモニターに接続されている少なくとも１個のセンサ
ーからなっている。主としてこのようなプローブは例え
ば酸素分圧（ｐＯ２）または炭酸ガス分圧（ｐＣＯ２）
などの血液ガスの測定、あるいは血液のｐＨ値の測定を
目的とした１〜３個のセンサーを備えている。

【０００３】モニターは光ファイバーに光を照射する一
つの光源を有し、光は組み合わされたセンサーに供給さ
れる。そしてセンサーは一つの染料を含むポリマーを有
する（この代わりに染料を光ファイバー自体の中に固定
することもできる）。前記染料の光学濃度または他の一
つの光学パラメーターは測定される血液パラメーターと
ともに変動する。次に光は、染料によって生ずる光の減
衰または他の光学パラメーターの変化を測定する検出器
を有するモニターに同一または他の一つの光ファイバー
を経由してフィードバックされる。この減衰または変化
は測定される血液パラメーターの関数であり、減衰、吸
収あるいは他の一つの光学的パラメーターと血液パラメ
ーターとの相関関係はよく知られている。

【０００４】通常は光ファイバーに対向して、かつ染料
を含むポリマーに隣接して反射鏡が配置されている。こ
のようなセンサーにおいては、光ファイバーから照射さ
れる光はポリマーを通過し、反射鏡において反射され、
再びポリマーを通過して送り返される。この環境におい
ては、各センサーには光ファイバーは１本しか必要とし
ない。また、光は染料を含むポリマーを２回通過するの
で、この染料の光学特性のどのような変化も比較的容易
に検出される。但し、光を第２の光ファイバーに導入す
る（光がポリマーを通過しないときに）こと、第２の光
ファイバーをモニターにフィードバックすることなどの
他の解決策もある。これらの場合のすべてにおける重要
な点は光がその光学特性が変化するポリマー／染料領域
を通過しなければならないことである。

【０００５】ここに記載されている光学プローブは通常
、一つのプローブによって様々の血液パラメーターを測
定するために３個あるいはそれ以上のセンサーを備えて
いることが指摘されなければならない。これらの場合に
は、それぞれのセンサーと組み合わされた単一の光ファ
イバーは組み合わされたモニターと接続するための単一
のケーブルに組み込まれている。また、１個または２個
のセンサーしか備えていない光学プローブを構成するこ
とも可能である。

【０００６】ここに記載されている光学プローブは、染
料に応じて前述のｐＨ、ｐＯ２またはｐＣＯ２などの様
々の血液パラメーターを測定するために患者の動脈に導
入することができる。ひずみ緩和ワイヤー、動脈圧セン
サー、温度センサーなどの他の部品を組み込むこともで
きる。

【０００７】侵入ファイバーオプチック血液パラメータ
ー測定についてもっと詳しく説明するためには、生体臨
床医学工学に関するＩＥＥＥ会報のＢＭＥ−３３巻、Ｎ
ｏ．２、１９８６年２月の１１７頁以降に記載された“
光学けい光および血管内血液ガス監視システムへのその
応用”および生体臨床医学工学誌の１９８０年５月号の
１４１頁以降に記載されている“生理学的用途のための
小型ファイバーオプチックｐＨセンサー”が引例として
役立つ。ここに記載されている光学プローブの機械的な
構造の詳細については欧州特許出願ＥＰ−Ａ２７９００
４、ＥＰ−Ａ３３６９８４、ＥＰ−Ａ３３６９８５およ
び本明細書の開示において参考のために含まれている欧
州特許出願番号９０１０７８５０．１および９０１１５
４９６．３が引例として役立つ。

【０００８】本発明は光ファイバーに光ビームを供給し
モニターに組み込まれている光源を取り扱っている。以
前の設計提案においては、この為に高出力ランプが使用
されてきた。例えば、ゲーリッヒ等（生体臨床医学工学
に関するＩＥＥＥ会報のＢＭＥ−３３巻、Ｎｏ．２、１
９８６年２月の１１７頁、１２３頁の光学けい光と血管
内血液ガス監視システムへのその応用）はキセノンアー
ク光源ランプを使用することを提案している。ゴールド
スタイン等（生体臨床医学工学誌、１９８０年５月号、
１４１頁、１４３頁の生理学的用途のための小型ファイ
バーオプチックｐＨセンサー）は同じ目的のために１５
０Ｗのハロゲンプロジェクターランプを使用している。これらの光源は白色光またはほぼ白色光を供給するので
、光ファイバーに限定されたパスバンドの光を供給する
ためにフィルターが使用されなければならない。ゲーリ
ッヒ等とゴールドスタイン等はどちらも異なる色の光を
発生させるためにフィルターホイールを使用している（
ゴールドスタイン等の設計における発光ダイオードはフ
ィルターホイールの位置を検出するためにのみ使用され
る）。

【０００９】キセノンランプまたはハロゲンランプは（
クリプトンランプまたはタングステンランプも使用でき
る）強度の高い光を発生するので伝送損失がかなりある
場合でもセンサーには常に光が十分に供給される。但し
、高出力ランプ、フィルターホイールおよび組み合わさ
れた機械的駆動と集光レンズよりなる光学システムが大
きくなり、製造が困難であり製品の価格が高くなる。その上、このようなランプは耐用年数が限られたもので
あり、組み合わされたメカニックスがうまく行かず、し
たがってシステムは非常に誤差が生じやすい。

【００１０】したがって本発明の場合には発明者たちは
光学システムに対する光源として発光ダイオードを使用
することを決定した。十分な光出力を有する発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）はすでに市場で入手可能であり、特にシ
ステム全体が伝送損失を防止するように設計されるなら
ば、ここに記載されている光学システムにおいて満足な
結果が得られる。発光ダイオードの使用は特に製造コス
トおよび部品コストが安く耐用年数が長いという利点を
有する。

【００１１】ここに記載された種類のシステムによる測
定の正確さは光源の安定性によって左右される、すなわ
ち一つの重要な設計基準はセンサーに供給される光の強
度が一定であるということである。

【００１２】センサーに供給される光の強度に影響する
一つの要因は、実際の測定のために使用される波長の成
分も含んでいる周囲の光の量である。このような周囲の
光の補正はこの技術分野で知られているように、光源を
間欠的に作動させ、光源が消される相における周囲光の
強度を測定して、測定された強度から周囲成分を差し引
くか、あるいは周囲の光の強度に応じて測定値を補正す
ることによって得ることができる。

【００１３】測定の不正確さの他の原因は例えば光ファ
イバーの運動あるいは曲げによって生ずるセンサーまた
はプローブの加工による結果である。以下に詳細に説明
されるように、このような加工結果は二つの波長、例え
ばレッドとグリーンが利用されることによって補正する
ことができる。

【００１４】測定の正確さに影響する要因について補正
する前記の測定は光源としての高出力ランプを使用する
システムにおいて十分である。しかしながら、発光ダイ
オードの場合には発明者たちは測定値と血液パラメータ
ーの読みの正確さは必ずしも満足なものではないことに
気付いた。特に試験によって光源としての発光ダイオー
ドによって得られる読みは様々のドリフト効果を受ける
ことが示された。

【００１５】ドリフト効果が補正され、測定の正確さが
改善されるように前述のシステムを改善することが本発
明の主要な目的である。

【００１６】さらに研究してモニターの読みにかなりの
影響を有する前述のドリフト効果は主として二つの原因
によることが明らかになった。その第１は照射光の強度
とともに変化することであり、その第２は各発光ダイオ
ードの操作時間によって決まる劣化である。これらの効
果はシステムの正確さに予想外に大きい影響を有するこ
とが分かった。本発明の場合のシステムの不正確な読み
の原因を発見することの困難さは、このような効果は従
来技術において使用される光源、すなわちキセノンラン
プやハロゲンランプからは知られなかったということで
ある。実際、前述の効果は高強度ランプを備えたシステ
ムの読みに影響を及ぼさないか、ぎりぎりに影響を及ぼ
す。

【００１７】誤った読みを最小限にするか防止するため
に、本発明は前述のシステムにおいて前記発光ダイオー
ドによって照射される光の部分を、前記光の部分の発光
効率を測定する光検出器に直接に供給してこの光を電気
信号に変換する手段を提供し、さらに前記光検出器によ
って発生される電気信号に応じて前記侵入血液センサー
からフィードバックされる光の強度を補正する手段を提
供することを提案している。

【００１８】

【発明の目的】本発明は、上記のように、ドリフト効果
が補正され、測定の正確さが改善されるように前述のシ
ステムを改善することを目的とする。

【００１９】

【発明の概要】本発明によれば、少なくとも１つのＬＥ
Ｄの強度は光の一部または部分が侵入血液センサーに供
給されないで、その代わりに直接に光検出器に供給され
るようにして直接に測定される。ここで使用される文脈
中の“直接に”という用語は、光が光検出器に何らかの
血液ガスセンサーを経由して供給されないこと、好まし
くはモニターの内部で直接の接続が行われることを意味
する。光検出器は受け入れた光の強度をＬＥＤによって
照射される光の強度を示す電気信号に変換する。この電
気信号は温度効果あるいは劣化によって生ずるＬＥＤの
発光効率（発光強度）の変動をすべて表現する。したが
って、この信号は補正手段に供給され、補正手段は侵入
血液センサーから受け入れた信号を補正して、伝送器Ｌ
ＥＤの強度のどのような変化も補正する。だから、シス
テムの読みは極めて正確で信頼できる。

【００２０】一つの好ましい実施態様においては、ＬＥ
Ｄによって照射された光は好ましくは光ファイバーを経
由してビームスプリッターに供給され、前記ビームスプ
リッターは発光ダイオードによって照射される光を光フ
ァイバーに（したがって侵入血液センサーに）供給され
る少なくとも第１のビームと光検出器に前記光の部分を
供給する少なくとも第２のビームとに分離される。ビー
ムスプッリターは光検出器が照射された光の一定の部分
を常に受容することを保証する。また、この技術分野で
基本的に知られているようにビームスプリッターは光の
分離を容易にし、発光ダイオードは極めて小さい活性表
面しか有しないので、ＬＥＤの活性発光領域に隣接して
その端部が配列された数本の光ファイバーを使用するこ
とは不利である。そして光ファイバーを経由して伝送器
ＬＥＤを有するビームスプリッターを接続することは、
光が光ファイバー中で混合されるのでビームスプリッタ
ーに隣接する端部におけるファイバーの断面全体にわた
って発光濃度が一定であるという利点がある。ビームス
プリッターと光検出器との間の接続も光ファイバーより
なることが好ましい。

【００２１】本発明のもう一つの態様によれば、発光ダ
イオードの発光効率を示す物理的特性を測定して、前記
物理的特性の測定値を電気信号に変換する手段を備え、
前記物理的特性測定手段によって発生される電気信号に
応じて侵入血液センサーからフィードバックされる光の
強度を補正する手段も利用される。

【００２２】本発明のこの態様によれば、発光ダイオー
ドの強度または発光効率は直接には測定されないで、そ
の代わりに他の一つの物理的パラメーターを媒介して測
定される。このような溶液は必要な部品を減少させ、し
たがって製品のコストを低下させるために有利である。特に、発光効率に関連しこれを示す物理的特性は発光ダ
イオードの温度である。ＬＥＤの温度を測定するために
温度測定手段が利用されると、侵入血液センサーからフ
ィードバックされた光の強度はこれによって補正される
。

【００２３】温度がＬＥＤの発光効率に関連するので、
周囲温度によって生じようと、ＬＥＤの操作による温度
上昇によって生じようと、このことは温度効果を解消す
るための実施が容易な一つの解決策である。温度効果は
測定の正確さを低下させる最も顕著な効果であるから、
温度効果はＬＥＤの劣化を考慮しないとしても、多くの
応用にとって十分である。

【００２４】一つの有利な実施態様においては、代わり
にＬＥＤの順電圧が測定されることによって温度が間接
的に測定される。ＬＥＤの順電圧と絶対温度との間には
直接的関係があり、順方向に操作されるダイオードの特
性曲線は、式（１）で表される。

【００２５】

【数１】Ｉ＝Ｉ０〔ｅｘｐ（Ｕ／ＵＴ）−１〕　　　　　　　　
　　（１）式（１）においてＩはＬＥＤ電流、Ｉ０は逆
方向に操作される場合の最大電流、Ｕは順電圧であり、
そしてＵＴは温度電圧であって、式（２）のように定義
される。

【００２６】

【数２】ＵＴ＝ｋＴ／ｅ０　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（２）式（２）においてｋはボルツ
マン定数、Ｔは絶対温度であり、ｅ０は初期チャージで
ある。

【００２７】式（２）を式（１）に置き換えてＴに関し
てこの式を解くと、式（３）のように表される。

【００２８】

【数３】　　　　Ｔ＝〔Ｕｅ０／ｋ〕・〔１／ｌｎ（１＋Ｉ／Ｉ
０）〕　　（３）式（３）によれば、順電圧は温度に直
接に関連しており、したがってＬＥＤの発光効率に関連
している。この解決策は電圧を測定するための部品がデ
ィジタルであれアナログであれ、エレクトロニクスにお
ける共通の部分であるから、極めて廉価であり容易に実
施できる。

【００２９】本発明の一つの有利な実施態様においては
、侵入血液センサーからフィードバックされる光の強度
を補正するための前記手段は標準化手段よりなる。この
ような標準化手段は前記光検出器または前記物理的特性
測定手段によって、特に式（４）によって生ずる電気信
号に関して侵入血液センサーからフィードバックされる
光の強度を標準化する。

【００３０】

【数４】Ｉｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ＝Ｉｍｅａｓｕｒｅｄ／Ｉｒｅ
ｆｅｒｅｎｃｅ　　　　（４）式（４）において、Ｉｎ
ｏｒｍａｌｉｚｅｄは標準化された強度、Ｉｍｅａｓｕ
ｒｅｄはモニターにフィードバックされた光の強度であ
り、Ｉｒｅｆｅｒｅｎｃｅは光検出器または物理的特性
測定手段によって測定された強度である。特に必要な計
算を行うためにマイクロプロセッサー（大抵の場合、技
術モニターを有している）が使用される場合には、この
方法は補正手段を提供するための容易な方法である。特
にこの解決策はハードウェアを付加する必要がなく、し
たがって製造コストを増大させない。また、標準化手段
としてマイクロプロセッサーが使用できるだけでなく、
他のディジタル回路部品または標準的なアナログ電子部
品も同様に使用できることが理解される。

【００３１】すでに前述したようにセンサー加工結果は
システムが二つの異なる波長、例えばグリーンとレッド
の波長によって操作されることによって取り除くことが
できるが、この場合には一つの波長の光は侵入血液セン
サー中の染料を含むポリマーによって変性され、他の波
長の光は基本的に変性されない。ポリマーによって影響
を受けない波長の変化は例えば光ファイバーの移動ある
いは曲げを示し、したがってそれに応じて読みを補正す
るために使用することができる（通常はレッドの光が対
照測定に使用される）。特に周囲の光の強度も考慮した
場合に、すべての関連する誤差の原因はこの方法で解決
することができるので、この解決策を本発明と組み合わ
せることは有利である。この場合には２個の発光ダイオ
ード（例えばグリーンおよびレッドのＬＥＤ）あるいは
二波長発光ダイオードが使用される。本発明と組み合わ
せて、両方の波長の光が光検出器に直接に供給されるか
、あるいは両方のＬＥＤの温度／順電圧が測定される。

【００３２】両方のＬＥＤを同時に操作すること、およ
びある特定の波長の光に対してのみ敏感な光要素を使用
することが可能であるが、前記２個のダイオードを交互
に操作することが比較的容易であり、したがって好まし
い。すなわち、このＬＥＤは断続的に発光するのである
特定の時点においては一つの波長の光だけが照射される
。このことは選択的な特性を有する光要素の必要性を減
少させる。

【００３３】一つ以上の波長を有するシステムにおいて
標準化が行われる場合には標準化された強度は下記の式
（５）によって計算されることが好ましい。

【００３４】

【数５】　　　　Ｉｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ＝（Ｉλ１，ｍｅａｓ
ｕｒｅｄ／Ｉλ２，ｍｅａｓｕｒｅｄ）／（Ｉλ１，ｒ
ｅｆｅｒｅｎｃｅ／Ｉλ２，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）　　
　　（５）式（５）において、Ｉλ１，ｍｅａｓｕｒｅ
ｄは侵入血液ガスセンサーからモニターにフィードバッ
クされた第１の波長の光の強度であり、Ｉλ２，ｍｅａ
ｓｕｒｅｄはモニターにフィードバックされた第２の波
長の光の強度であり、Ｉλ１，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅは光
検出器または物理的特性測定手段によって測定された第
１の波長における強度、Ｉλ２，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅは
光検出器または物理的特性測定手段によって測定された
第２の波長における強度である。

【００３５】前述の式（５）を実施する標準化手段を使
用することは測定の正確さに影響する二つの効果を単一
の補正段階におする補正を可能にする。前記の式（５）
において、Ｉλ１，ｍｅａｓｕｒｅｄおよびＩλ２，ｍ
ｅａｓｕｒｅｄが光の周囲（背景）成分についてはすで
に補正されていると推測される。これらはモニターの内
部の周囲光から遮られるので、背景成分のこのような補
正は対照強度にとっては必要ではない。

【００３６】さらに他の有利な実施態様によれば、光検
出器または物理的特性測定手段によって発生される電気
信号が、電気信号に応じて発光ダイオードの駆動電流を
制御する手段を作動させるために使用される。この解決
策においては侵入血液センサーから受け入れた信号に対
する補正作用は行われない。すなわちこの信号は変調さ
れる必要がなく、その代わりに例えば制御された電流源
によってどのような偏差をも補正するためにＬＥＤの駆
動電流が適当に変化される。この方法も廉価で実施しや
すい解決策であるが、“サーマルランナウェイ”が起こ
らないように注意しなければならない（この現象はＬＥ
Ｄの自己加熱を生ずる電流によってＬＥＤが操作される
場合に起こり、このことが発光効率を低下させ、そのこ
とが制御回路にＬＥＤ駆動電流を増加させて、このため
にＬＥＤは最終的に破壊される）。したがって、この環
境においてはＬＥＤ駆動電流のための電流制限回路を使
用することが有利である。

【００３７】本発明はまたｐＨ、ｐＣＯ２またはｐＯ２
などの血液パラメーターを測定するための方法に関し、
この方法は発光ダイオードから発生する光を光ファイバ
ーを経由して侵入血液センサーに供給する工程、前記光
の光学特性を変性する染料含有ポリマーに光を導入する
工程、および前記変性された光を検出器（光要素）にフ
ィードバックする工程を含んでいる。

【００３８】ここに提案された方法によれば、発光ダイ
オードの発光効率を示す物理的特性が測定され（特に、
光の一部を光検出器に直接に供給することによって、あ
るいは発光ダイオードの温度および／または順圧力の測
定によって）、前記物理的特性の測定値が電気信号に変
換される。第１の方法によれば、侵入血液センサーから
フィードバックされた光の強度は次に電気信号に応じて
補正される。他の一つの実施態様によれば発光ダイオー
ドの駆動電流が電気信号に応じて制御される。

【００３９】

【実施例】図１はモニターに含まれる限り、血液パラメ
ーターを測定するためのシステムを示している。発光ダ
イオードＬＥＤ１は光ファイバー２に光を照射するため
に使用される。ＬＥＤ１は接続ワイヤー１ａ、１ｂまた
は１ｃに供給される制御信号に応じてグリーンまたはレ
ッドの光を照射することのできる二波長ＬＥＤである。ＬＥＤ１はこの目的のために第１のｐ／ｎ接合１ｄ（グ
リーンの光を発する）と第２のｐ／ｎ接合１ｅ（レッド
の光を発する）を有する。

【００４０】光ファイバー２は１ｍｍの直径を有する。このファイバーは円様の形状３で示されるように光ファ
イバーの断面全体にわたって光の均一な分布を得るのに
十分な長さを有する。すなわち、この光ファイバーの端
部においてファイバーにグリーンの光が照射されるか、
レッドの光が照射されるかにかかわらず光の分布は均一
（濃度は一定）である。

【００４１】光ファイバー２、３、４はビームスプリッ
ター５に接続されている。このビームスプリッターは光
を３本のビームに分離し、このことによって前記光の均
一な分布のために、様々の接続の間の光の伝送強度の関
係は互いに常に一定の関係にある。

【００４２】ビームスプリッター５は３本の光ファイバ
ー６、７、および８に接続されている。光ファイバー６
は光伝送光学要素９と接続されており、光の方向は矢印
１０で示されている。

【００４３】光学要素９はさらに光ファイバー１１に接
続されており、このファイバー１１は（図示しない）ｐ
Ｈセンサーに接続されている。ｐＨセンサーにおいては
光は染料を含むポリマーを通過して光ファイバー１１に
反射される。光は矢印１２の方向に光学要素９を再び通
過し、光ファイバー１３を経由して、受け入れた光の強
度を示す電気信号（例えば電圧信号）を発生する光要素
１４に供給される。電気信号はワイヤー１４ａおよび１
４ｂを経由して（図示しない）マイクロプロセッサーに
供給される。光伝送要素９の一つの実例は例えば参考と
して本明細書の開示に含められたドイツ特許出願ＤＥ−
ＯＳ　　３６０８４６５に記載されている。

【００４４】同様に光ファイバー７は第２の光伝送要素
１５に接続されており、要素１５は光ファイバー１６を
経由してｐＨセンサーと基本的に同じ構造のｐＣＯ２セ
ンサーに接続されている。光の方向はやはり矢印１７お
よび１８で示されている。光ファイバー１９はｐＣＯ２
センサーから受け入れた光を光学要素１４（例えば光ダ
イオードまたは光トランジスター）と同様の構造を有す
る第２の光要素２０に供給される。

【００４５】光ファイバー８はビームスプリッター５か
らの光をやはり光要素１４および２０と同様の構造を有
する光検出器２２に矢印２１の方向に直接に供給する。光検出器２２は受け入れた光の強度をこれに比例した電
気信号に変換し、この信号はワイヤー２２ａおよび２２
ｂからアナログ・ディジタル変換器（図示しない）を経
由してマイクロプロセッサー（図示しない）に供給され
る。

【００４６】操作中にはＬＥＤ１によって発生されるグ
リーンおよびレッドの光は交互に光ファイバー２に供給
される。グリーンの光もレッドの光もファイバーに供給
されない時間的間隔もあるので、適切な補正作用を行う
ために光要素１４および２０が周囲の光を受け入れて測
定する。グリーンの波長の光は測定される血液パラメー
ター（すなわちｐＨまたはｐＣＯ２）に従ってセンサー
中に含まれるポリマーによって変性される。レッドの光
は前記ポリマーによって変性されない。そして二つの波
長の反射された光は光要素１４および２０によって記録
される。レッドの光の強度の変化はセンサー加工結果を
示しているので、補正も可能である。

【００４７】光の一定部分は、これはレッドおよびグリ
ーンの光に当てはまるが、光ファイバー８を経由して光
検出器２２に供給される。この光検出器によって発生さ
れる信号は例えば温度効果あるいは劣化によって生ずる
ＬＥＤの強度または発光効率の変化を示す（もちろん、
この信号は他の効果によって生ずる強度の変化も記録す
る）。

【００４８】センサーの加工結果およびＬＥＤ強度の変
動を補正するために受け入れられた信号は下記の式（６
）に従って標準化される。

【００４９】

【数６】　　Ｉｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ＝（Ｉｒｅｄ，ｍｅａｓｕ
ｒｅｄ／Ｉｇｒｅｅｎ，ｍｅａｓｕｒｅｄ）／（Ｉｒｅ
ｄ，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ／Ｉｇｒｅｅｎ，ｒｅｆｅｒｅ
ｎｃｅ）　　　　　　　　（６）式（６）において、Ｉ
ｒｅｄ，ｍｅａｓｕｒｅｄは光源がレッドの光を発する
ときに光要素１４または２０によって記録される信号、
Ｉｇｒｅｅｎ，ｍｅａｓｕｒｅｄは光源がグリーンの光
を発するときにこれらの光要素によって記録される信号
であり、Ｉｒｅｄ，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅは同様に光源が
レッドの光を発するときに光検出器２２によって記録さ
れる信号、Ｉｇｒｅｅｎ，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅは同様に
光源がグリーンの光を発するときに光検出器２２によっ
て記録される信号である。

【００５０】図１に描かれた環境は２個の侵入血液セン
サー、すなわちｐＨセンサーおよびｐＣＯ２センサーに
光を供給することができるが、このことは必要な設計で
はないことが理解され、その代わりに１個のセンサーし
か備えていない（この場合には光ファイバー７、１６お
よび１９、要素１５および光要素２０は不必要である）
か、２個以上のセンサーを備えていてもよい。さらに、
本発明は主としてｐＨまたはｐＣＯ２などの吸収型のセ
ンサーとともに使用されるようになっているが、ｐＯ２
センサーなどのけい光型のセンサーとともに使用するこ
ともできる。図１に示されるすべての部品は通常、モニ
ターに含まれる部品である。

【００５１】第２の実施態様は図２に簡略化して示され
ており、可変電流源２３はＬＥＤ２４に電流を供給する
。ＬＥＤ２４の順電圧はアナログ─ディジタル変換器（
ＡＤＣ）２５によって記録され、次に変換器２５は接続
２６を経由してディジタル信号をマイクロプロセッサー
（μＰ）２７に供給する。マイクロプロセッサーは必要
な計算を行ってＬＥＤの強度の変動（温度に関連し、し
たがってＬＥＤ２４の順電圧に関連する）を補正し、線
路２８を経由してディジタル制御信号をディジタル─ア
ナログ変換器（ＤＡＣ）２９に供給する。このディジタ
ル─アナログ変換器２９は、次に線路３０を経由して電
流源２３を制御する。

【００５２】図２に示される回路ダイヤグラムはモニタ
ー内にある限り簡略化されていて、２個のＬＥＤ（レッ
ドおよびグリーン）が必要であり、第２のＬＥＤは同様
に残余の回路部品に接続されている。両方のＬＥＤをマ
ルチプレクサを介して同じアナログ─ディジタル変換器
に接続することもできる。またディジタル回路部品すな
わち部品２５、２７および２９は必ずしも必要ではなく
、アナログ回路部品も選択することができる。

【００５３】操作においては、電流源２３によって発生
される電流はＬＥＤ２４に供給される。ＬＥＤ２４の温
度（したがって発光効率）が変動すると、ＡＤＣ２５は
このＬＥＤの順電圧の変化を記録する。それからマイク
ロプロセッサー２７は（ＤＡＣ２９および可変電流源２
３によって）励起電流を増加させ、このためＬＥＤ２４
の強度は一定に保たれる。図２の回路は電流制限回路を
描いていないが、この回路は過剰の励起電流によるＬＥ
Ｄ２４の破壊を防止するために役立つであろう。

【００５４】図１および２に示される回路はＬＥＤの発
光効率の変動を測定する二つの方法、すなわち照射され
る光の部分の強度を測定する方法とＬＥＤの順電圧を測
定する方法を描いている。また、二つの方法は強度の変
化を補正するように、すなわち測定信号を標準化するか
、あるいはＬＥＤ励起電流を制御することによって強度
を一定に保持するように示されている。これらの方法と
これらを実施するために必要な部品を前述の実施例に示
したものと異なる方法で、例えば照射された光の部分を
測定してＬＥＤ駆動電流を制御することによって、ある
いはＬＥＤ順電圧を測定しそして受け入れた信号を標準
化するために組み合わせることもできることが理解され
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明では、光源として発光ダイオード
を使用するにもかかわらず、測定値と血液パラメーター
の読みの正確さを十分なものとすることができる。

【００５６】すなわち、本発明では、■発光ダイオード
によって照射される光の一部を、発光効率を測定する光
検出器に直接供給してこの光を電気信号に変換し、さら
にこの電気信号に応じて侵入血液センサーからフィード
バックされる光の強度を補正するようにしたため、誤っ
た読みを最小限ないしは防止することができ、■発光ダ
イオードの物理的特性を検知することで、該発光ダイオ
ードの駆動電流を調整し、該駆動電流に応じて発光ダイ
オードの発光強度を一定にしたため、長時間、高精度で
の測定値を得ることができる。

【００５７】また、本発明では、光源として発光ダイオ
ードを使用しているため、装置を小型化でき、製造コス
トおよび部品コストが安く、装置の信頼性が高く、耐用
年数が長いという利点を有する。

【００５８】更に、本発明では、少なくとも１つの発光
ダイオードを使用しているため、光ファイバーの加工結
果に起因する誤差を容易に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図で、この例では照
射光の一部は直接光検出器に供給される。

【図２】本発明の第２実施例を示すブロック図で、この
例ではＬＥＤの順電圧が記録される。

【符号の説明】

１，２４　　　　発光ダイオード１ｄ　　　　　　　　グリーンの発光ダイオード１ｅ　
　　　　　　　レッドの発光ダイオード２〜４，６〜８
，１１，１３，１６，１９光ファイバー５　　　　　　　　　　ビームスプリッター１４，２０
　　光要素９，１５　　　　光伝送要素２２　　　　　　　　光検出器２３　　　　　　　　可変電流源２５　　　　　　　　ＡＤＣ２７　　　　　　　　マイクロプロセッサー２９　　　
　　　　　ＤＡＣ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　（１）モニターおよび侵入血液センサ
ーに接続された少なくとも１つの光ファイバーからなる
光学プローブを備え、（２）前記モニターは、前記光フ
ァイバーと、侵入血液センサーからのフィードバック光
の強さを測定する光要素とに光を供給する少なくとも１
つの発光ダイオードを含み、（３）前記侵入血液センサ
ーは、染料、および前記モニターに該染料により変性さ
れた光をフィードバックする手段を含み、（４）かつ前
記モニターは、■発光ダイオードによる照射光の１つを
直接光検出器に供給し、該光の発光効率を測定して電気
信号に変換するための手段、■前記光検出器によって発
生される電気信号に応じて前記侵入血液センサーからフ
ィードバックされる光の強度を補正する手段を含むこと
を特徴とする血液パラメーターの測定装置。
【請求項２】　　（１）モニターおよび侵入血液センサ
ーに接続された少なくとも１つの光ファイバーからなる
光学プローブを備え、（２）前記モニターは、前記光フ
ァイバーと、侵入血液センサーからのフィードバック光
の強さを測定する光要素とに光を供給する少なくとも１
つの発光ダイオードを含み、（３）前記侵入血液センサ
ーは、染料、および前記モニターに該染料により変性さ
れた光をフィードバックする手段を含み、（４）かつ前
記モニターは、■発光ダイオードの発光効率の物理的特
性を測定して、該物理的特性の測定値を電気信号に変換
するための手段、■前記物理的特性の測定値によって発
生される電気信号に応じて前記侵入血液センサーからフ
ィードバックされる光の強度を補正する手段を含むこと
を特徴とする血液パラメーターの測定装置。
【請求項３】　　（１）モニターおよび侵入血液センサ
ーに接続された少なくとも１つの光ファイバーからなる
光学プローブを備え、（２）前記モニターは、前記光フ
ァイバーと、侵入血液センサーからのフィードバック光
の強さを測定する光要素とに光を供給する少なくとも１
つの発光ダイオードを含み、（３）前記侵入血液センサ
ーは、染料、および前記モニターに該染料により変性さ
れた光をフィードバックする手段を含み、（４）かつ前
記モニターは、■発光ダイオードによる照射光の１つを
直接光検出器に供給し、該光の発光効率を測定して電気
信号に変換するための手段、■前記検出器によって発生
される電気信号に応じて前記発光ダイオードの駆動電流
を制御するための手段を含むことを特徴とする血液パラ
メーターの測定装置。
【請求項４】　　（１）モニターおよび侵入血液センサ
ーに接続された少なくとも１つの光ファイバーからなる
光学プローブを備え、（２）前記モニターは、前記光フ
ァイバーと、侵入血液センサーからのフィードバック光
の強さを測定する光要素とに光を供給する少なくとも１
つの発光ダイオードを含み、（３）前記侵入血液センサ
ーは、染料、および前記モニターに該染料により変性さ
れた光をフィードバックする手段を含み、（４）かつ前
記モニターは、■発光ダイオードの発光効率の温度およ
び／または順電圧を測定して、該物理的特性の測定値を
電気信号に変換するための手段、■前記検出器によって
発生される電気信号に応じて前記発光ダイオードの駆動
電流を制御するための手段を含むことを特徴とする血液
パラメーターの測定装置。
【請求項５】　　（１）発光ダイオードから照射される
光を、光ファイバーを経由して侵入血液センサーに供給
するステップ、（２）前記光の光学特性を変化させる染
料を通過する光を方向付けするステップ、（３）光学特
性が変化された光を光検出器にフィードバックするステ
ップ、からなり、これらのステップは、（４）発光ダイ
オードの発光効率の物理的特性を測定するステップ、（
５）前記物理的特性の測定値を電気信号に変換するステ
ップ、（６）前記電気信号に応じて前記侵入血液センサ
ーからフィードバックされる光の強度を補正するステッ
プであることを特徴とする血液パラメーターの測定方法
。
【請求項６】　　（１）発光ダイオードから照射される
光を、光ファイバーを経由して侵入血液センサーに供給
するステップ、（２）前記光の光学特性を変性させる染
料を通過する光を方向付けするステップ、（３）光学特
性が変性された光を光検出器にフィードバックするステ
ップ、からなり、これらのステップは、（４）発光ダイ
オードの発光効率の物理的特性を測定するステップ、（
５）前記物理的特性の測定値を電気信号に変換するステ
ップ、（６）前記電気信号に応じて前記発光ダイオード
の駆動電流を制御するステップであることを特徴とする
血液パラメーターの測定方法。