JPH04261646A - パルスオキシメータ用校正試験装置 - Google Patents

パルスオキシメータ用校正試験装置

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JPH04261646A
JPH04261646A JP3043001A JP4300191A JPH04261646A JP H04261646 A JPH04261646 A JP H04261646A JP 3043001 A JP3043001 A JP 3043001A JP 4300191 A JP4300191 A JP 4300191A JP H04261646 A JPH04261646 A JP H04261646A
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布施　政好
Yoshiaki Shindo
義明 進藤
Masayuki Kato
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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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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】
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、人の指の吸光特性に近
似させた指モデルを用いてパルスオキシメータの校正試
験を行なうためのパルスオキシメータ用校正試験装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】パルスオキシメータは、酸化ヘモグロビ
ンと還元ヘモグロビンとで異なる光透過性を有するたと
えば２つの波長の光を人の指先などに入光させ、動脈血
の脈動に伴って現れる２つの波長についての透過光の脈
動変動分の比を求め、この比を関数として血中の酸素飽
和度を求めるものである。ところで、このパルスオキシ
メータでの校正方法は従来、測定プローブを含めず装置
本体のみで電気的に校正を行なっていた。また別の試験
方法としては、正常な人の指先を実際に測定することで
校正が行なわれており、同一人物の指先を複数回測定プ
ローブに装着して同じ測定値を示すかどうかで確認を行
なっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、人の指先を実
際に測定して校正を行なう方法では、測定された値に再
現性が乏しく、測定値が信頼できるかどうかの判定が難
しかった。
【０００４】本発明は、このような従来の課題を解決す
るために提案されたものであり、校正試験用の測定値の
再現性を向上でき、高い信頼性で装置の校正を行なうこ
とができるパルスオキシメータ用校正試験装置を提供す
ることを目的とする。 ［発明の構成］
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明によるパルスオキシメータ用の校正試験装置は
、生体組織に近似した吸光特性を有し、パルスオキシメ
ータに接続される測定プローブの発光部と受光部間に装
着される組織モデルと、血液に近似した吸光特性を有し
、上記発光部と上記受光部間に出入りするように上記組
織モデル内で運動される血液モデルとを有することを特
徴とする。また本発明のパルスオキシメータ用校正試験
装置は、上記発光部と上記受光部間への進入側となる上
記血液モデルの端面形状が、上記発光部側に弧を描く曲
面形状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
【作用】上述した請求項１に対応した構成によれば、組
織モデル内で血液モデルを運動させることにより、生体
組織内での血液の脈動に近似させた吸光特性を疑似的に
実現することができる。また請求項２に対応した構成に
よれば、血液モデルの端面形状を曲面形状としたことに
より、血液モデルが発光部と受光部間を横切りながら運
動するときに、受光部で検出される受光出力を生体の脈
波に近似された信号波形とすることができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明によるパルスオキシメータ用校
正試験装置の具体的な実施例を図面に基づき詳細に説明
する。図１に、この校正試験装置のブロック図を示す。 この図で、パルスオキシメータ本体１に信号ケーブル２
によって接続される測定プローブ３には、人の指モデル
４が装着され、この指モデル４の一部を構成する脈動発
生部５が駆動部６により駆動されて指モデル４内で往復
運動される。駆動部６には、駆動用の電源が電源部７か
ら供給され、コントロール部８からは脈動発生部５を適
正な速度で駆動するためのコントロール信号が入力され
る。また位置検出部９では、センサ１０からの入力信号
に基づき脈動発生部５の位置検出が行なわれ、検出結果
が位置検出表示部１１に表示される。測定プローブ３は
、図２に示すようにピン１２を支点に開閉自在な上挟持
板１３と下挟持板１４が内側に閉ざされるようにばね付
勢され、この上挟持板１３の内面部には酸素飽和度測定
用に異なる波長λ１　，λ２　の光を発するための２つ
の発光ダイオードからなる発光部１５が設けられている
とともに、下挟持板１４の内面部には発光部１５に対峙
して受光部１６が設けられている。この測定プローブ３
の上挟持板１３と下挟持板１４間に校正試験時に装着さ
れる指モデル４は、組織モデル１７とこの組織モデル１
７内で運動される脈動発生部５からなる。組織モデル１
７はたとえば発泡スチロール樹脂などから構成され、生
体組織に近似されるよう各波長に対して一定な吸光特性
を有している。この組織モデル１７には、透光性の基板
１８に血液モデル１９を貼り付けた脈動発生部５が挿入
される挿入孔２０が前後方向に穿設されている。基板１
８の両側壁には、図３および図４に示すようにスライド
ガイドピン２１，２１が突設され、これらガイドピン２
１，２１が挿入孔２０の両側部に形成されたスライド溝
２２，２２に嵌め込まれ、脈動発生部５がスライド溝２
２の範囲組織モデル１７内を運動できるようになってい
る。また駆動部６を構成するモータの出力軸２３には円
板２４が固着され、この円板２４の偏心した位置に連結
ロッド２６が回動自在に取り付けられている。この連結
ロッド２６の先端には、回動自在なカップリング２７を
介して脈動発生部５の基板１８の基部が取り付けられて
いる。これによりモータの回転運動が円板２４を介して
脈動発生部５に直線運動として伝達され、脈動発生部５
が発光部１５と受光部１６間に出入りする形で指モデル
４内で前後方向に往復運動される。また組織モデル１７
にはこの指モデル４が測定プローブ３に装着されるとき
に、発光部１５と受光部１６間に正しく入り込んだかど
うかを確認するためのセンサ１０が取り付けられている
。このセンサ１０からは発光部１５の光を受けたときに
検知出力が位置検出部９に送出され、位置検出部９では
このセンサ検知信号に基づき発光ダイオードからなる表
示部１１を点灯する。したがって、この表示部１１の点
灯状態を確認することで、指モデル４がプローブ３に完
全に装着されたどうかの確認を行なえる。なお、指モデ
ル４の上面部と下面部には滑止め４ａ，４ａが貼り付け
られている。基板１８上の血液モデル１９は、血液に近
似した吸光特性を持たせるためにアクリルをベースにオ
レンジ色の蛍光染料と赤色の蛍光染料を所定の比率で混
ぜ合わせて板状に形成され、この血液モデル１９の先端
部１９ａ　の形状は図５に示すように断面曲線形状に切
り欠かれている。このように血液モデル１９の先端形状
を曲面形状としたことにより、実線と仮想線で示すよう
に発光部１５と受光部１６間に血液モデル１９が出入り
するときに、生体の脈波に近い検出波形を受光部１６か
ら取り出すことができる。なお、血液モデル１９の先端
形状を直角に切り落とした場合は、生体の脈波とは異な
る矩形波に近い急峻な検出波形となってしまう。ここで
、血液モデル１９は生体内での透過光の散乱に近似され
る吸光特性が得られるような表面処理が施されており、
血液モデル１９内に入り込んだ直線光およびモデル１９
内で生じた散乱光が長波長の蛍光に変えられて再放出さ
れ、その大部分は点線で示すように全反射によりエッジ
部分１９ｂ　に誘導されて、残り透過光が脈動検出分と
して利用される。このように大部分をエッジ部１９ｂ　
に誘導してしまうことにより、脈動変化分の信号レベル
の差を大きくとることができる。なお、この血液モデル
１９は着脱可能となっており、汚れなどにより吸光特性
が変化したときは交換できるようになっている。
【０００８】図６は、実際の生体における吸光特性と指
モデル４における吸光特性とを説明するために生体と指
モデル４とを模式化して対比したものであり、図６（ａ
）　は組織層２８と血液層２９とに分けた生体３０の模
式図を示し、図６（ｂ）　は指モデル４の模式図を示す
。図中、Ｄは組織分の厚み、ΔＤは血液分の厚さ、Ｉ０
　は入射光量、Ｉは組織分だけの透過光量、（Ｉ−ΔＩ
）は脈動に伴う血液における減光分を差し引いた透過光
量をそれぞれ示す。このように組織モデル１７内で血液
モデル１９を運動させることにより、血液の脈動に伴っ
て吸光度が変化する生体３０の特性に近似させた吸光特
性をこの指モデル４によって模擬的に実現することがで
きる。ここで、脈動に伴う吸光度の変化分をΔＡ、吸光
物の吸光係数をＥ、吸光物の濃度をＣとすると、ΔＡは
次式で与えられる。 ΔＡ＝Ｌｏｇ［Ｉ／（Ｉ−ΔＩ）］＝ＥＣΔＤまた第１
および第２の波長λ１　，λ２　における吸光度の変化
分をそれぞれΔＡ１　，ΔＡ２　、吸光物の吸光係数を
それぞれＥ１　，Ｅ２　とすると、吸光係数の比Φは、
次式で与えられる。 Φ＝ΔＡ１　／ΔＡ２　＝Ｅ１　／Ｅ２このΦを関数と
して、次式のように酸素飽和度Ｓが求められる。 Ｓ＝ｆ（Φ） 図７は、実際の人の指先部のＳ−Φ関係曲線を示したも
のであり、指モデル４はこのＳ−Φ関係曲線に近似した
特性が得られる必要があり、この特性が得られるよう組
織モデル１７および血液モデル１９の素材が決められて
いる。図８には、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビン
の吸光特性と、酸素飽和度Ｓが９７％のときの校正試験
を行なえるようにするためのシミュレータとして指モデ
ル４が用いられるときの、血液モデル１９の吸光特性パ
ターンＰ１　が示されている。また図９には、酸素飽和
度Ｓが８３％および６０％のときのシミュレータとして
血液モデル１９を構成したときのこの血液モデル１９の
吸光特性パターンがそれぞれ示されている。図中、右側
のＡ１　，Ａ２　は波長λ１　，λ２　のときの各吸光
特性パターンＰ１　，Ｐ２，Ｐ３　に対応する血液モデ
ル１９で観測される吸光度の脈動変動波形（疑似サイン
波）をそれぞれ示し、左側のＡ１　，Ａ２　は実際の生
体で観測される吸光度の脈動変動波形をそれぞれ示す。
【０００９】つぎに、測定プローブ３に指モデル４を装
着して校正試験を行なう際のパルスオキシメータ内部で
の信号処理の動作を図１０のタイミング図に基づいて説
明する。まず、発光駆動部３１からは波長がλ１　，λ
２　に対応する発光部１５の発光ダイオードをそれぞれ
点灯するための駆動パルス（ａ）　が出力され、この駆
動パルスに同期して、２つの発光ダイオードが交互に点
灯される。発光部１５から発せられた光は、指モデル４
を透過したあとに、受光部１６によって受光され、受光
出力が受光増幅部３２に供給される。この増幅部３２で
増幅された受光信号は、マルチプレクサ３３に送られて
、λ１　側の同期パルス（ｂ）　とλ２　側の同期パル
ス（ｃ）　に基づきそれぞれの波長に対応した信号に分
離される。マルチプレクサ３３から出力される分離信号
はホールド部３４でλ１　側の信号がホールドされ、次
段のＡＣ部３５において脈動変動分に対応する交流成分
ＡＣ１（ｆ）が抽出されるとともに、ＤＣ部３６で組織
分に対応する直流成分ＤＣ１（ｇ）が抽出される。また
λ２　側の信号は、ホールド部３７でホールドされ、次
段のＡＣ部３８において脈動変動分に対応する交流成分
ＡＣ２（ｈ）が抽出されるとともに、ＤＣ部３９で組織
分に対応する直流成分ＤＣ２（ｉ）が抽出される。これ
らＡＣ部３５，３６およびＤＣ部３６，３９からの出力
信号は、Ａ／Ｄ変換部４０でディジタル信号に変換され
たあと、ＣＰＵ４１に供給され、このＣＰＵ４１におい
て次式に示すように各波長λ１　，λ２　に対応する吸
光度の変化分ΔＡ１　，ΔＡ２　を求める演算が行なわ
れる。 ΔＡ１　＝ＡＣ１　／ＤＣ１ ΔＡ２　＝ＡＣ２　／ＤＣ２ 続いて、次段の演算部４２では次式に示すように吸光係
数の比Φを求める演算が行なわれる。 Φ＝ΔＡ１　／ΔＡ２ この吸光係数の比Φから次段の演算部４３において酸素
飽和度Ｓが算出され、表示部４４に求められた酸素飽和
度Ｓの値が表示される。
【００１０】つぎに、図１１および図１２に示す他の実
施例の校正試験装置の指モデル４を説明する。この実施
例では、上述した実施例のように脈動発生部５を組織モ
デル１７内で往復運動させるのではなく、脈動発生部４
８を回転させることで、生体の脈動を疑似的に実現でき
るようにしている。これらの図で、駆動部６のモータの
出力軸に連結された回転軸４５の先端部には、円板状の
回転板４６が固着されており、この回転板４６の上面外
周部には複数の血液モデル４７が貼り付けられ、脈動発
生部４８が構成される。各血液モデル４７は、生体の脈
波に近い検出波形を受光部１６から取り出せるように図
１３に示すように両端部４７ａ　が曲面形状に切り欠か
れている。この回転板４６は、組織モデル４９に横方向
から切り欠かれている溝部５０に装着され、モータが駆
動されることで組織モデル４９内で回転される。このと
き回転板４６上の複数の血液モデル４７が測定プローブ
３の発光部１５と受光部１６間を順次横切るため、脈動
を疑似的に発生することができる。
【００１１】つぎに、図１４および図１５に示すさらに
他の実施例の校正試験装置の指モデルを説明する。この
実施例では、人の手の模型本体５１に、指モデル５２を
一体に突設した構成となっており、指モデル５２は組織
モデル５３とこの組織モデル５３内を往復運動する脈動
発生部５４からなる。この模型本体５１内には脈動発生
部５４を駆動する駆動機構部が設けらている。この駆動
機構部は、モータ５５の出力軸に取り付けられたギア５
６と、脈動発生部５４の基板に連結され、ギア５６と噛
み合うラックギア５７などから構成される。この構成で
は、モータ５５が回転されることで、ギア５６と噛み合
うラックギア５７により脈動発生部５４が指モデル５２
方向に直線運動される。また模型本体５１内には脈動発
生部５４の運動ストロークを検知する２つの位置センサ
５８，５９が設けられている。これら位置検出センサ５
８，５９の検知出力に基づきモータ５５の回転方向が反
転されるので、血液モデル６０を貼り付けた脈動発生部
５４がモータ５５の回転を受けて指モデル５２内を前後
方向に往復運動する。また組織モデル５３には、測定プ
ローブ３側の発光部１５の光を受けて、指モデル５２が
測定プローブ３に完全に装着されかどうかを検出する位
置検出センサ６１が設けられている。このセンサ６１か
ら検知信号が出力されると、本体５１側のセットランプ
６２が点灯する。このセンサ６１の検知信号は、モータ
５５の駆動許可信号としても用いられ、スタートスイッ
チ６３がオンされているときに、センサ６１から検知信
号が出力されると、モータ５５が駆動されて脈動発生部
５４が往復運動を開始する。また模型本体５１の下部に
設けられた電池ケース６４には、駆動用の電源となる電
池６５が着脱自在に収納される。この実施例のように、
手の模型本体５１に指モデル５２を一体に設けたことで
、パルスオキシメータの校正試験時の操作性を高めるこ
とができる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明による校正試
験装置によれば、パルスオキシメータの測定プローブに
組織モデルを装着し、この組織モデル内で血液モデルを
運動させることにより、血液の脈動に近似させた吸光特
性を疑似的に実現することができる。したがって、校正
試験時にはこの指モデルを用いてパルスオキシメータの
校正を行なうことができ、校正試験用の測定値の再現性
を向上できるとともに、高い信頼性で装置の校正を行な
える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパルスオキシメータ用校正試験装
置の一実施例をパルスオキシメータと共に示すブロック
図。
【図２】測定プローブに装着される指モデルを示す断面
図。
【図３】上記指モデルの平面図。
【図４】上記指モデルの正面図。
【図５】指モデルに用いられる血液モデルの形状と血液
モデル内での透過光の散乱の様子を説明するための図。
【図６】生体と指モデルの吸光特性を説明するための模
式図。
【図７】人の指先の酸素飽和度Ｓと吸光係数の比Φとの
関係曲線を示すグラフ。
【図８】酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光特
性と血液モデルの吸光特性を示す特性図。
【図９】異なる酸素飽和度の校正試験用として用いられ
る血液モデルの各吸光特性パターンを示す図。
【図１０】パルスオキシメータ内部での信号処理の動作
を示すタイミング図。
【図１１】他の実施例の校正試験装置の指モデルを示す
側面図。
【図１２】他の実施例の指モデルに用いられる脈動発生
部の平面図。
【図１３】他の実施例の脈動発生部の血液モデルを取り
出して示す側面図。
【図１４】さらに他の実施例の校正試験装置の指モデル
を示す断面図。
【図１５】図１４の指モデルの底面図。
【符号の説明】
１　　パルスオキシメータ本体　　　　　　　　３　　
測定プローブ４，５２　　指モデル　　　　　　　　　
　　　　　　　　　５，４８，５４　　脈動発生部 ６　　駆動部　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　７　　電源部８　　コントロール部　　　　
　　　　　　　　　　　　９　　位置検出部１０　　セ
ンサ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１１　　位置検出表示部 １５　　発光部　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１６　　受光部１７，４９，５３　　組織
モデル　　　　　　　　　　　　１８　　基板１９，４
７，６０　　血液モデル　　　　　　　　　　　　２０
　　挿入孔２１　　ガイドピン　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　２２　　スライド溝２３　　出力軸
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２
４　　円板２６　　連結ロッド　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　２７　　カップリング２８　　組織
層　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
２９　　血液層３０　　生体　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　４５　　回転軸４６　　
回転板　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　５０　　溝部５１　　模型本体　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　５５　　モータ５６　　ギ
ア　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　５７　　ラックギア５８，５９　　位置検出センサ
　　　　　　　　　　　　６１　　位置検出センサ ６２　　セットランプ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　６３　　スタートスイッチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　生体組織に近似した吸光特性を有し、
    パルスオキシメータに接続される測定プローブの発光部
    と受光部間に装着される組織モデルと、血液に近似した
    吸光特性を有し、上記発光部と上記受光部間に出入りす
    るように上記組織モデル内で運動される血液モデルとを
    有することを特徴とするパルスオキシメータの校正試験
    装置。
  2. 【請求項２】　　上記発光部と上記受光部間への進入側
    となる上記血液モデルの端面形状が、上記発光部側に弧
    を描く曲面形状に形成されていることを特徴とする請求
    項１記載のパルスオキシメータ用校正試験装置。
JP3043001A 1991-02-15 1991-02-15 パルスオキシメータ用校正試験装置 Expired - Lifetime JPH0614922B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3043001A JPH0614922B2 (ja) 1991-02-15 1991-02-15 パルスオキシメータ用校正試験装置
US07/835,505 US5278627A (en) 1991-02-15 1992-02-14 Apparatus for calibrating pulse oximeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3043001A JPH0614922B2 (ja) 1991-02-15 1991-02-15 パルスオキシメータ用校正試験装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04261646A true JPH04261646A (ja) 1992-09-17
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