JPH04332536A - Instrument for measuring oxygen in blood - Google Patents

Instrument for measuring oxygen in blood

Info

Publication number
JPH04332536A
JPH04332536A JP3101329A JP10132991A JPH04332536A JP H04332536 A JPH04332536 A JP H04332536A JP 3101329 A JP3101329 A JP 3101329A JP 10132991 A JP10132991 A JP 10132991A JP H04332536 A JPH04332536 A JP H04332536A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
blood
signal
wavelength
equation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3101329A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3125321B2 (en
Inventor
Takao Sakai
坂井 隆夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP03101329A priority Critical patent/JP3125321B2/en
Publication of JPH04332536A publication Critical patent/JPH04332536A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3125321B2 publication Critical patent/JP3125321B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

PURPOSE:To exactly measure the absolute oxygen quantity in blood. CONSTITUTION:Light emitting means 11 to 13 which emit light having a suitable wavelength respectively toward sections to be measured, a light receiving means 16 which receives the light transmitted through the section to be measured and converts this light to signals, signal forming means 28, 30, 40 which form the signals corresponding to the transmitted quantities of the respective light rays in accordance with the output signals of this light receiving means, and an arithmetic means 42 which calculates the concn. of the oxygen in the blood in accordance with the respective signals formed at the 1st time and the 2nd time in these signal forming means are provided.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、血液中の酸素量を測定
するための装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring the amount of oxygen in blood.

【0002】0002

【従来の技術】従来、手術中や手術後等において血液中
の酸素量の過不足を監視するため、外部から被検者の指
などに光を照射することによって動脈血中の酸素飽和度
を測定するパルスオキシメータとよばれるものが提供さ
れるに至っている。例えば特公昭53−26437号公
報には、互いに異なる波長をもつ2種類の光を、脈動す
る血液に透過させ、その吸光度に基づいて動脈血酸素飽
和度、すなわち血中の全ヘモグロビン量に対する酸化ヘ
モグロビン量の割合を演算するようにしたものが示され
ている。このようなオキシメータによれば、被検者から
採血を行うことなく血中の酸素飽和度を容易に測定する
ことができる。
[Prior Art] Conventionally, in order to monitor the excess or deficiency of oxygen in the blood during or after surgery, the oxygen saturation level in the arterial blood is measured by shining light onto the subject's finger or the like from the outside. A device called a pulse oximeter has come to be provided. For example, in Japanese Patent Publication No. 53-26437, two types of light having different wavelengths are transmitted through pulsating blood, and based on the absorbance, the arterial blood oxygen saturation is determined, that is, the amount of oxyhemoglobin relative to the total amount of hemoglobin in the blood. The figure shows the calculation of the ratio of . According to such an oximeter, the oxygen saturation level in the blood can be easily measured without collecting blood from the subject.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】上記パルスオキシメー
タでは、酸素飽和度を知ることはできるが、血液中のヘ
モグロビンの絶対量や酸素の絶対量を知ることができな
い。このような絶対酸素量も医療を進める上で重要なパ
ラメータであり、その測定を正確に行うことができる装
置の開発が望まれている。
[Problems to be Solved by the Invention] Although the pulse oximeter described above can determine the oxygen saturation level, it cannot determine the absolute amount of hemoglobin or oxygen in the blood. Such absolute oxygen amount is also an important parameter in advancing medical care, and there is a desire to develop an apparatus that can accurately measure it.

【0004】本発明は、このような事情に鑑み、血中の
酸素飽和度のみならず、絶対酸素量をも正確に測定する
ことができる装置を提供することを目的とする。
[0004] In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an apparatus that can accurately measure not only the oxygen saturation level in blood but also the absolute oxygen amount.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、血液中の還元
ヘモグロビン、酸化ヘモグロビンのうち少なくとも還元
ヘモグロビンには吸収される波長をもつ第1の光を測定
部位に向けて発する第1発光手段と、上記第1の光の波
長と異なり、血液中の還元ヘモグロビン、酸化ヘモグロ
ビンのうち少なくとも酸化ヘモグロビンには吸収される
波長をもつ第2の光を測定部位に向けて発する第2発光
手段と、血液中の還元ヘモグロビン、酸化ヘモグロビン
には吸収されず水にのみ吸収される波長をもつ第3の光
を上記測定部位に向けて発光する第3発光手段と、これ
らの発光手段から発せられ、測定部位を透過した光を受
けて電気信号に変換する受光手段と、この受光手段の出
力信号に基づき、上記第1の光、第2の光、及び第3の
光の透過量にそれぞれ対応する信号を作成する信号作成
手段と、この信号作成手段において第1の時刻で作成さ
れた各信号と上記第1の時刻と異なる第2の時刻で作成
された各信号とに基づき血中酸素量を演算する演算手段
とを備えたものである(請求項1)。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a first light emitting means for emitting a first light having a wavelength that is absorbed by at least deoxyhemoglobin among deoxyhemoglobin and oxidized hemoglobin in blood, toward a measurement site. , a second light emitting means for emitting, toward a measurement site, second light having a wavelength different from the wavelength of the first light and absorbed by at least oxygenated hemoglobin among deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin in blood; a third light emitting means for emitting third light having a wavelength that is not absorbed by the reduced hemoglobin and oxyhemoglobin but absorbed only by water, toward the measurement site; a light-receiving means for receiving the transmitted light and converting it into an electrical signal; and based on the output signal of the light-receiving means, signals corresponding to the transmitted amounts of the first light, the second light, and the third light are respectively generated. A blood oxygen amount is calculated based on a signal generating means to generate, each signal generated at a first time in this signal generating means, and each signal generated at a second time different from the first time. (Claim 1).

【0006】ここで、第1の光から第3の光までの各光
の波長λi(i=1,2,3)の設定は、例えば図4(
a)(b)に示すような光波長と各物質の光吸収係数と
の関係を利用して行うようにすればよい。すなわち、第
1の光の波長λ1は、還元ヘモグロビン、酸化ヘモグロ
ビンのうち少なくとも還元ヘモグロビンの吸収係数が0
でないような領域、例えば約600nm以上1000n
m以下の領域に設定し、第2の光の波長λ2は、還元ヘ
モグロビン、酸化ヘモグロビンのうち少なくとも酸化ヘ
モグロビンの吸収係数が0でないような領域、例えば約
600nm以上1100nm以下の領域に設定し、第3
の光の波長λ3は、水の吸収係数が0でない領域、例え
ば1200nm近傍の領域あるいは1450nm近傍の
領域等に設定するようにすればよい。また、ビリルビン
の吸収係数が0でないような特殊領域の波長、すなわち
低波長は用いないことが望ましい。
Here, the setting of the wavelength λi (i=1, 2, 3) of each light from the first light to the third light is, for example, shown in FIG.
This may be done by utilizing the relationship between the light wavelength and the light absorption coefficient of each substance as shown in a) and (b). That is, the wavelength λ1 of the first light is such that the absorption coefficient of at least deoxyhemoglobin is 0 among deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin.
For example, about 600 nm or more and 1000 nm
The wavelength λ2 of the second light is set to a region where the absorption coefficient of at least oxyhemoglobin of deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin is not 0, for example, a region of about 600 nm or more and 1100 nm or less. 3
The wavelength λ3 of the light may be set to a region where the absorption coefficient of water is not 0, for example, a region around 1200 nm or a region around 1450 nm. Further, it is desirable not to use a wavelength in a special region where the absorption coefficient of bilirubin is not 0, that is, a low wavelength.

【0007】また、受光手段は各透過光をすべて受光す
る単一の素子であってもよいし、各透過光に対応して設
けられる複数の素子からなるものであってもよい。前者
の場合には、上記受光手段の出力信号を各波長の透過光
に対応する信号に分離するように信号作成手段を構成す
ればよい(請求項2)。
Further, the light receiving means may be a single element that receives all of the transmitted light, or may be composed of a plurality of elements provided corresponding to each of the transmitted light. In the former case, the signal generating means may be configured to separate the output signal of the light receiving means into signals corresponding to transmitted light of each wavelength (claim 2).

【0008】[0008]

【作用】上記装置によれば、第1〜第3の光が各発光手
段から所定の測定部位に入射され、その透過光が受光手
段で受けられるとともに、この受光手段の出力信号に基
づいて信号作成手段により第1の光から第3の光までの
各光の透過量に対応する信号が作成される。そして、第
1の時刻で得られた各信号と、上記第1の時刻と異なる
第2の時刻で得られた各信号とに基づき、血中酸素量が
演算される。
[Operation] According to the above device, the first to third lights are incident on a predetermined measurement site from each light emitting means, the transmitted light is received by the light receiving means, and a signal is generated based on the output signal of the light receiving means. A signal corresponding to the amount of transmission of each light from the first light to the third light is created by the creation means. Then, the blood oxygen amount is calculated based on each signal obtained at the first time and each signal obtained at a second time different from the first time.

【0009】なお、上記血中酸素量の演算の基礎となる
原理は以下に説明する通りである。
[0009] The principle underlying the calculation of the blood oxygen amount described above is as explained below.

【0010】いま、第1の光L1、第2の光L2、及び
第3の光L3のもつ波長をλi(i=1,2,3)とす
る。 これらの光L1〜L3を測定部位に照射したときの透過
光強度は、その時の動脈血の厚みと関係があるが、この
動脈血の厚みは心拍に同期して時間的に変化しているの
で、これをd(t)(tは時刻)とすると、第1の時刻
t1における透過光強度はランバートベアの法則により
次式(数1)で表すことができる。
[0010] Now, assume that the wavelengths of the first light L1, the second light L2, and the third light L3 are λi (i=1, 2, 3). The transmitted light intensity when these lights L1 to L3 are irradiated onto the measurement site is related to the thickness of the arterial blood at that time, but since the thickness of the arterial blood changes over time in synchronization with the heartbeat, this When d(t) (t is time), the intensity of transmitted light at the first time t1 can be expressed by the following equation (Equation 1) according to Lambert Bear's law.

【0011】[0011]

【数1】[Math 1]

【0012】同様に、上記第1の時刻t1と異なる第2
の時刻t2での透過光強度は次式(数2)で表される。
Similarly, at a second time t1 different from the first time t1,
The transmitted light intensity at time t2 is expressed by the following equation (Math. 2).

【0013】[0013]

【数2】[Math 2]

【0014】ここで、演算を進めるにあたり、次式(数
3)で示される値Pi(i=1,2,3)を導入する。
[0014] Here, in proceeding with the calculation, a value Pi (i=1, 2, 3) shown by the following equation (Equation 3) is introduced.

【0015】[0015]

【数3】[Math 3]

【0016】この式に上記2つの式(数1)(数2)を
代入し、かつd(t2)=d(t1)+Δdとおくと、
上記値Piは次式(数4)のようになる。
Substituting the above two equations (Equation 1) (Equation 2) into this equation and setting d(t2)=d(t1)+Δd, we get
The above value Pi is as shown in the following equation (Equation 4).

【0017】[0017]

【数4】[Math 4]

【0018】ここで、第3の光L3の波長λ3には、還
元ヘモグロビン(Hb)及び酸化ヘモグロビン(HbO
2)の双方に吸収されない波長が選ばれているので、上
記式(数4)においてi=3の場合には、還元ヘモグロ
ビンの吸収係数εi(Hb)及び酸化ヘモグロビンの吸
収係数εi(HbO2) はいずれも0となる。従って
、これらを上記式(数4)に代入して(Xiについては
(数1)参照)両辺を自乗することにより次式(数5)
を得ることができる。
Here, the wavelength λ3 of the third light L3 includes deoxyhemoglobin (Hb) and oxidized hemoglobin (HbO2).
Since a wavelength is selected that is not absorbed by both of 2), when i=3 in the above equation (4), the absorption coefficient εi (Hb) of deoxyhemoglobin and the absorption coefficient εi (HbO2) of oxidized hemoglobin are Both become 0. Therefore, by substituting these into the above equation (Equation 4) (see (Equation 1) for Xi) and squaring both sides, the following equation (Equation 5) can be obtained.
can be obtained.

【0019】[0019]

【数5】[Math 5]

【0020】従って、(Δd)2は次式(数6)で表さ
れることになる。
Therefore, (Δd)2 is expressed by the following equation (Equation 6).

【0021】[0021]

【数6】[Math 6]

【0022】これに対し、前記第1の光L1の波長λ1
は、還元ヘモグロビン、酸化ヘモグロビンのうち少なく
とも還元ヘモグロビンには必ず吸収されるように設定さ
れているので、前記(数4)において吸収係数ε1(H
b) は必ず0でなく、また、第2の光L2の波長λ2
は、還元ヘモグロビン、酸化ヘモグロビンのうち少なく
とも酸化ヘモグロビンには吸収されるように設定されて
いるので、吸収係数ε2(HbO2) は必ず0でない
。この場合、前記式(数4)より、次式(数7)が得ら
れる。
On the other hand, the wavelength λ1 of the first light L1
is set to be absorbed by at least deoxyhemoglobin among deoxyhemoglobin and oxidized hemoglobin, so in the above (Equation 4), the absorption coefficient ε1(H
b) is not necessarily 0, and the wavelength λ2 of the second light L2
is set to be absorbed by at least oxygenated hemoglobin out of deoxyhemoglobin and oxidized hemoglobin, so the absorption coefficient ε2(HbO2) is not necessarily zero. In this case, the following equation (Equation 7) is obtained from the above equation (Equation 4).

【0023】[0023]

【数7】[Math 7]

【0024】この(数7)において、各吸収係数εj(
Hb),εj(HbO2) は既知の値、各値P12,
P22は本発明装置により得られる測定値であり、しか
も(Δd)2は前記式(数6)で表されるので、この式
(数7)は、次の式(数8)で示されるように各物質の
血中濃度 C(Hb),C(HbO2) [g/dl]
 を未知数とする連立一次方程式となる。
In this (Equation 7), each absorption coefficient εj(
Hb), εj(HbO2) are known values, each value P12,
P22 is a measured value obtained by the device of the present invention, and since (Δd)2 is expressed by the above equation (Equation 6), this equation (Equation 7) can be expressed as shown in the following equation (Equation 8). Blood concentration of each substance C (Hb), C (HbO2) [g/dl]
It becomes a simultaneous linear equation with unknowns.

【0025】[0025]

【数8】[Math. 8]

【0026】よって、この連立方程式を解くことにより
、血中還元ヘモグロビン濃度 C(Hb)及び血中酸化
ヘモグロビン濃度 C(HbO2) を演算で求めるこ
とができる。 具体的に、双方の値は次のようになる。
[0026] Therefore, by solving these simultaneous equations, the blood reduced hemoglobin concentration C (Hb) and the blood oxidized hemoglobin concentration C (HbO2) can be calculated. Specifically, both values are as follows.

【0027】[0027]

【数9】[Math. 9]

【0028】一方、血液中に含まれる酸素の量(O2含
量)は、正確には、赤血球中のヘモグロビンと結合して
いるO2と血漿中に溶解しているO2とを合計したもの
であり、100ml(すなわち1dl)の血液中に含ま
れるO2含量[ml]は次式(数10)で求められるこ
とが知られている。
On the other hand, the amount of oxygen contained in blood (O2 content) is precisely the sum of O2 bound to hemoglobin in red blood cells and O2 dissolved in plasma. It is known that the O2 content [ml] contained in 100 ml (that is, 1 dl) of blood can be determined by the following equation (Equation 10).

【0029】[0029]

【数10】[Math. 10]

【0030】ここで、PaO2は動脈値での酸素分圧で
ある。また、同式(数10)におけるヘモグロビン量(
血中全ヘモグロビン濃度)[g/dl]及び酸素飽和度
 SaO2[%]は、次式(数11)及び(数12)で
それぞれ表される。
[0030] Here, PaO2 is the oxygen partial pressure at the arterial value. In addition, the amount of hemoglobin in the same equation (Equation 10) (
Blood total hemoglobin concentration) [g/dl] and oxygen saturation SaO2 [%] are expressed by the following equations (Equation 11) and (Equation 12), respectively.

【0031】[0031]

【数11】 (ヘモグロビン量[g/dl])= C(Hb) + 
 C(HbO2)
[Formula 11] (Hemoglobin amount [g/dl]) = C (Hb) +
C(HbO2)

【0032】[0032]

【数12】[Math. 12]

【0033】従って、これらの式(数11)(数12)
に上記式(数9)を代入することにより、上記式(数1
0)における酸素飽和度及びヘモグロビン量を求めるこ
とができる。また、酸素飽和度  SO2(動脈血の場
合には SaO2)[%]と酸素分圧 PO2(動脈血
ではPaO2)[Torr]との関係は図5に示すよう
な酸素解離曲線として知られており、酸素飽和度がわか
れば上記曲線から式(数10)における酸素分圧PaO
2を求めることは容易である。従って、最終的に上記式
(数10)に基づいて血液中のO2含量を求めることが
できる。
Therefore, these equations (Equation 11) (Equation 12)
By substituting the above equation (Equation 9) into , the above equation (Equation 1
The oxygen saturation and hemoglobin amount at 0) can be determined. Furthermore, the relationship between oxygen saturation SO2 (SaO2 in arterial blood) [%] and oxygen partial pressure PO2 (PaO2 in arterial blood) [Torr] is known as the oxygen dissociation curve as shown in Figure 5. If the saturation degree is known, the oxygen partial pressure PaO in equation (10) can be calculated from the above curve.
It is easy to find 2. Therefore, the O2 content in the blood can finally be determined based on the above equation (Equation 10).

【0034】なお、上記受光手段が単一受光素子で構成
されたものにおいては(請求項2)、その出力信号を、
各波長をもつ光の透過量に応じた信号に分離することに
より、演算の基礎となる信号が作成される。
Furthermore, in the case where the light receiving means is constituted by a single light receiving element (claim 2), the output signal thereof is
By separating the signals into signals corresponding to the amount of light transmitted with each wavelength, a signal that is the basis of calculation is created.

【0035】[0035]

【実施例】図1は、本発明の一実施例における血中酸素
量測定装置を示したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a blood oxygen amount measuring device according to an embodiment of the present invention.

【0036】この装置は、測定プローブ10及び演算制
御システム20を備えている。上記測定プローブ10は
、被検者の測定部位(ここでは指)に対しこれを外側か
ら覆うようにして嵌着される形状を有しており、この装
着状態で上記測定部位を挾む片側の所定位置には第1発
光素子11、第2発光素子12、及び第3発光素子13
が互いに近接する位置に配設され、もう片側において上
記発光素子11〜13に対応する位置には単一の受光素
子16が配設されている。
This device includes a measurement probe 10 and an arithmetic control system 20. The measurement probe 10 has a shape that is fitted onto the test subject's measurement site (in this case, a finger) so as to cover it from the outside. A first light emitting element 11, a second light emitting element 12, and a third light emitting element 13 are provided at predetermined positions.
are arranged at positions close to each other, and a single light receiving element 16 is arranged at a position corresponding to the light emitting elements 11 to 13 on the other side.

【0037】上記3つの発光素子11〜13のうち、第
1発光素子11には、血液中の還元ヘモグロビン及び酸
化ヘモグロビンのうち少なくとも還元ヘモグロビンが吸
収される波長をもつ光を発するものが用いられ、第2発
光素子12には、上記還元ヘモグロビン及び酸化ヘモグ
ロビンのうち少なくとも酸化ヘモグロビンが吸収される
波長をもつ光を発するものが用いられている。これに対
して第3発光素子13には、上記還元ヘモグロビン、酸
化ヘモグロビンのいずれにも吸収されず、水にのみ吸収
される波長をもつ光を発するものが用いられている。な
お、各波長を設定するに際し、ビリルビンに吸収される
ような特殊領域(低波長領域)は対象から外すことが望
ましい。
Among the three light emitting elements 11 to 13, the first light emitting element 11 is one that emits light having a wavelength at which at least deoxyhemoglobin of deoxyhemoglobin and oxidized hemoglobin in blood is absorbed, The second light emitting element 12 is one that emits light having a wavelength at which at least oxyhemoglobin among the deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin is absorbed. On the other hand, the third light emitting element 13 is one that emits light having a wavelength that is not absorbed by either the deoxyhemoglobin or oxyhemoglobin and is absorbed only by water. Note that when setting each wavelength, it is desirable to exclude from the target a special region (low wavelength region) that is absorbed by bilirubin.

【0038】上記受光素子16は、上記発光素子11〜
13から発せられ、かつ測定部位を透過した光を受ける
とともに、これを電気信号に変換して出力するように構
成されている。
[0038] The light receiving element 16 is connected to the light emitting elements 11 to 16.
It is configured to receive the light emitted from 13 and transmitted through the measurement site, and to convert it into an electrical signal and output it.

【0039】演算制御システム20は、電源部22、発
光素子駆動部24、タイミング発生部26、I/V変換
部28、信号分離回路30、A/D変換部40、演算制
御部42、及び表示部(出力手段)44を備えている。
The calculation control system 20 includes a power supply section 22, a light emitting element drive section 24, a timing generation section 26, an I/V conversion section 28, a signal separation circuit 30, an A/D conversion section 40, a calculation control section 42, and a display. (output means) 44.

【0040】発光素子駆動部24は、上記4つの発光素
子11〜13に駆動信号を出力し、発光を行わせるもの
である。タイミング発生部26は、上記発光素子駆動部
24及び後述の各サンプルホールド部31〜33にタイ
ミング信号を出力するものであり、より具体的には、上
記発光素子駆動部24に所定のタイミングで駆動信号を
出力させることにより各発光素子11〜13を時分割的
に点灯させるとともに、これと同期して各発光素子11
〜13に対応するサンプルホールド部31〜33を作動
させるようにタイミング信号を出力する。
The light emitting element driving section 24 outputs a drive signal to the four light emitting elements 11 to 13 to cause them to emit light. The timing generating section 26 outputs a timing signal to the light emitting element driving section 24 and each sample hold section 31 to 33 described below, and more specifically, it outputs a timing signal to the light emitting element driving section 24 at a predetermined timing. By outputting a signal, each light emitting element 11 to 13 is turned on in a time-division manner, and in synchronization with this, each light emitting element 11 is turned on.
A timing signal is outputted to operate the sample hold units 31 to 33 corresponding to 13.

【0041】なお、各発光素子11〜13の点灯周期は
心拍よりも十分に短く設定されており、1心拍周期当た
りに多数回の点灯が行われるようになっている。
The lighting cycle of each of the light emitting elements 11 to 13 is set to be sufficiently shorter than a heartbeat, so that lighting is performed many times per heartbeat cycle.

【0042】I/V変換部28は、上記受光素子16か
らの光電流出力をアナログ電圧に変換するものである。 信号分離回路30は、上記I/V変換部28の出力信号
を、各発光素子11〜13の透過光の波長λ1〜λ3に
それぞれ対応する3つの信号に分離するものであり、上
記発光素子11〜13にそれぞれ対応する3つのサンプ
ルホールド部31〜33及びローパスフィルタ部35〜
37を備えている。各サンプルホールド部31〜33は
、上記タイミング発生部26の出力タイミング信号に基
づき、それぞれに対応する発光素子11〜13の点灯中
にI/V変換部28の出力をサンプルホールドするもの
であり、ローパスフィルタ部35〜37は、それぞれに
対応するサンプルホールド部31〜33の出力に基づい
て各波長ごとの光電脈波信号を作成するものである。
The I/V converter 28 converts the photocurrent output from the light receiving element 16 into an analog voltage. The signal separation circuit 30 separates the output signal of the I/V converter 28 into three signals corresponding to the wavelengths λ1 to λ3 of the transmitted light of the light emitting elements 11 to 13, respectively. Three sample hold sections 31 to 33 and low pass filter sections 35 to 13 respectively corresponding to
It is equipped with 37. Each of the sample and hold sections 31 to 33 samples and holds the output of the I/V conversion section 28 while the corresponding light emitting elements 11 to 13 are turned on, based on the output timing signal of the timing generation section 26, The low-pass filter sections 35 to 37 create photoplethysmogram signals for each wavelength based on the outputs of the corresponding sample and hold sections 31 to 33, respectively.

【0043】A/D変換器40は、演算制御部42の出
力制御信号を受けることにより、各ローパスフィルタ部
35〜37の出力をアナログ−ディジタル変換するもの
である。演算制御部42は、前記タイミング発生部26
及びA/D変換器40に制御信号を出力し、その制御を
行うとともに、上記A/D変換器40の出力信号に基づ
いて血中酸素量を演算するものである。より具体的には
、第1の時刻t1及びこれと異なる第2の時刻t2にお
いて各ローパスフィルタ部35〜37の出力をアナログ
−ディジタル変換するようにA/D変換器40の制御を
行うとともに、その変換値に基づき、前述の作用の項で
述べた演算式に基づいて血中酸素量を演算し、その演算
結果を表示部44に表示させる動作を行う。
The A/D converter 40 receives the output control signal from the arithmetic control section 42 and performs analog-to-digital conversion on the outputs of the respective low-pass filter sections 35 to 37. The arithmetic control section 42 includes the timing generation section 26
It outputs a control signal to the A/D converter 40 to control the same, and calculates the amount of oxygen in the blood based on the output signal of the A/D converter 40. More specifically, the A/D converter 40 is controlled to perform analog-to-digital conversion on the outputs of each of the low-pass filter sections 35 to 37 at a first time t1 and a second time t2 different from this, and Based on the converted value, the amount of blood oxygen is calculated based on the calculation formula described in the section of the above-mentioned operation, and the calculation result is displayed on the display section 44.

【0044】なお、上記第1の時刻t1及び第2の時刻
t2の設定については、例えば上記アナログ−ディジタ
ル変換を最初に行った第1の時刻t1から予め定められ
た時間Δtが経過した時点を第2の時刻t2として次の
アナログ−ディジタル変換を行うようにしてもよいし、
あるいは、上記第1の時刻t1を過ぎてから、ローパス
フィルタ部35〜37のうちの一つのチャンネルの出力
が動脈血の厚みの変化に起因して所定値以上増減した時
点を第2の時刻t2とするようにしてもよい。これによ
り、両時刻t1,t2における出力差を十分に確保する
ことが可能である。
Note that the first time t1 and the second time t2 are set, for example, when a predetermined time Δt has elapsed from the first time t1 at which the analog-to-digital conversion was first performed. The next analog-to-digital conversion may be performed at the second time t2, or
Alternatively, after the first time t1, the second time t2 is a point in time when the output of one channel of the low-pass filter sections 35 to 37 increases or decreases by more than a predetermined value due to a change in the thickness of arterial blood. You may also do so. Thereby, it is possible to ensure a sufficient output difference between both times t1 and t2.

【0045】次に、この装置の作用を説明する。Next, the operation of this device will be explained.

【0046】まず、測定プローブ10が被検者の測定部
位(ここでは指)に装着された状態で、タイミング発生
部26から発光素子駆動部24へ図2上半部に示される
ような発光タイミング信号が出力され、この信号に基づ
いて各発光素子11〜13から上記測定部位に向けて間
欠的にかつ互いに位相をずらして互いに波長の異なる第
1の光、第2の光、第3の光がそれぞれ入射される。そ
の透過光は一括して受光素子16により受光され、電気
信号に変換された後、I/V変換部28を通じて信号分
離回路30に入力される。この時の入力信号は例えば図
3(a)のようになる。
First, with the measurement probe 10 attached to the test subject's measurement site (in this case, a finger), the timing generator 26 transmits the light emission timing to the light emitting element drive unit 24 as shown in the upper half of FIG. A signal is output, and based on this signal, first light, second light, and third light having different wavelengths are emitted from each light emitting element 11 to 13 intermittently and out of phase with each other toward the measurement site. are respectively incident. The transmitted light is received by the light receiving element 16 all at once, converted into an electrical signal, and then input to the signal separation circuit 30 through the I/V converter 28. The input signal at this time is, for example, as shown in FIG. 3(a).

【0047】この信号分離回路30においては、図2に
示されるように上記発光タイミング信号と同期してタイ
ミング発生部26から各サンプルホールド部31〜33
にサンプルホールドタイミング信号が出力されているの
で、各サンプルホールド部31〜33は、入力信号のう
ち各発光素子11〜13の発する光の透過光に対応する
部分のみをサンプルホールドする。よって、例えばサン
プルホールド部31の出力信号は図3(b)のようにな
る。各々の出力信号は、ローパスフィルタ部35〜37
によって図3(c)に示されるように平滑化され、A/
D変換器40に入力される。従って、これらの信号の波
形は各光の波長λ1〜λ3に対応したものとなっている
In this signal separation circuit 30, as shown in FIG.
Since the sample-and-hold timing signal is output to , each sample-and-hold unit 31 to 33 samples and holds only a portion of the input signal that corresponds to the transmitted light emitted by each light emitting element 11 to 13. Therefore, for example, the output signal of the sample hold section 31 becomes as shown in FIG. 3(b). Each output signal is sent to the low-pass filter sections 35 to 37.
As shown in Fig. 3(c), A/
The signal is input to the D converter 40. Therefore, the waveforms of these signals correspond to the wavelengths λ1 to λ3 of each light.

【0048】これらの信号は、予め設定された第1の時
刻t1及び第2の時刻t2においてA/D変換され、演
算制御部42に取り込まれる。演算制御部42は、これ
らの信号に基づき、前述の式(数9),(数10),(
数11),(数12)を用いてヘモグロビン量、酸素飽
和度、さらには血中絶対酸素量(O2含量)を算出し、
これらの値を表示部44に表示させる。
[0048] These signals are A/D converted at a preset first time t1 and a second time t2, and are taken into the arithmetic control section 42. Based on these signals, the arithmetic control unit 42 calculates the above-mentioned equations (Equation 9), (Equation 10), and (Equation 10).
Calculate the amount of hemoglobin, oxygen saturation, and even the absolute amount of oxygen in the blood (O2 content) using Equation 11) and (Equation 12),
These values are displayed on the display section 44.

【0049】このような装置によれば、従来のように酸
素飽和度を測定するだけでなく、血中の絶対酸素量をも
正確に測定することができるので、より価値の高いデー
タを提供することができる。
[0049] According to such a device, it is possible not only to measure oxygen saturation as in the conventional method, but also to accurately measure the absolute amount of oxygen in the blood, thereby providing more valuable data. be able to.

【0050】なお、この実施例では第1の光から第3の
光までの透過光を全て単一の受光素子16で受光するも
のを示したが、各光をそれぞれ個別に受光する複数個の
受光素子を備え、各受光素子の出力信号に基づいて血中
酸素量の算出を行うことも可能である。この場合には、
上記実施例のように信号を分離する手段が不要となる。 ただし、上記実施例のように単一の受光素子16で全て
の受光を行うようにすれば、構造の簡略化及び低コスト
化を図ることができる効果がある。
In this embodiment, all the transmitted light from the first light to the third light is received by a single light receiving element 16, but a plurality of light receiving elements each receiving each light individually are used. It is also possible to include a light receiving element and calculate the blood oxygen amount based on the output signal of each light receiving element. In this case,
There is no need for means for separating signals as in the above embodiments. However, if all the light is received by a single light receiving element 16 as in the above embodiment, the structure can be simplified and costs can be reduced.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上のように本発明は、適当な波長をも
つ光をそれぞれ測定部位に向けて発し、その透過光を受
光して各波長に関する光透過量に対応した信号を作成す
るとともに、第1の時刻及び第2の時刻で得られた各信
号に基づき血中酸素量を演算するものであるので、従来
のように血中酸素飽和度を測定するだけでなく、酸素絶
対量をも正確に測定することができ、より価値の高いデ
ータを提供することができる効果がある。
As described above, the present invention emits light having appropriate wavelengths toward the measurement site, receives the transmitted light, and creates a signal corresponding to the amount of transmitted light for each wavelength. Since the amount of blood oxygen is calculated based on each signal obtained at the first time and the second time, it is not only possible to measure the blood oxygen saturation level as in the conventional method, but also to measure the absolute amount of oxygen. It has the effect of being able to measure accurately and provide more valuable data.

【0052】さらに、請求項2記載の装置によれば、受
光手段を単一の受光素子で構成し、これによって全ての
透過光を受光するようにしているので、装置の構造の簡
略化及び低コスト化を図ることができる効果がある。
Furthermore, according to the device according to claim 2, the light receiving means is constituted by a single light receiving element, which receives all the transmitted light, so that the structure of the device can be simplified and the cost can be reduced. This has the effect of reducing costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の一実施例における血中酸素量測定装置
の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a blood oxygen amount measuring device according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記装置においてタイミング発生部から出力さ
れる発光タイミング信号及びサンプルホールドタイミン
グ信号を示す波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram showing a light emission timing signal and a sample hold timing signal output from a timing generation section in the above device.

【図3】(a)は上記装置におけるI/V変換部の出力
信号を示す波形図、(b)は同装置における第1発光素
子に対応するサンプルホールド部の出力信号を示す波形
図、(c)は上記第1発光素子に対応するローパスフィ
ルタ部の出力信号を示す波形図である。
FIG. 3 (a) is a waveform diagram showing the output signal of the I/V conversion section in the above device, (b) is a waveform diagram showing the output signal of the sample hold section corresponding to the first light emitting element in the same device; c) is a waveform diagram showing an output signal of the low-pass filter section corresponding to the first light emitting element.

【図4】(a)は波長の短い領域における光波長と各物
質の光吸収係数との関係を示すグラフ、(b)は波長の
長い領域における光波長と各物質の光吸収係数との関係
を示すグラフである。
[Figure 4] (a) is a graph showing the relationship between light wavelength and the light absorption coefficient of each substance in the short wavelength region, and (b) is a graph showing the relationship between light wavelength and the light absorption coefficient of each substance in the long wavelength region. This is a graph showing.

【図5】血液中における酸素飽和度と酸素分圧との関係
を示す酸素解離曲線を示したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing an oxygen dissociation curve showing the relationship between oxygen saturation and oxygen partial pressure in blood.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10  測定プローブ 11  第1発光素子(第1発光手段)12  第2発
光素子(第2発光手段)13  第3発光素子(第3発
光手段)16  受光素子(受光手段) 20  演算制御システム 24  発光素子駆動部(発光手段) 26  タイミング発生部 28  I/V変換部(信号作成手段)30  信号分
離回路(信号作成手段)40  A/D変換器(信号作
成手段)42  演算制御部(演算手段)
10 Measurement probe 11 First light emitting element (first light emitting means) 12 Second light emitting element (second light emitting means) 13 Third light emitting element (third light emitting means) 16 Light receiving element (light receiving means) 20 Arithmetic control system 24 Light emitting element Drive section (light emitting means) 26 Timing generation section 28 I/V conversion section (signal creation means) 30 Signal separation circuit (signal creation means) 40 A/D converter (signal creation means) 42 Arithmetic control section (calculation means)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  血液中の還元ヘモグロビン、酸化ヘモ
グロビンのうち少なくとも還元ヘモグロビンには吸収さ
れる波長をもつ第1の光を測定部位に向けて発する第1
発光手段と、上記第1の光の波長と異なり、血液中の還
元ヘモグロビン、酸化ヘモグロビンのうち少なくとも酸
化ヘモグロビンには吸収される波長をもつ第2の光を測
定部位に向けて発する第2発光手段と、血液中の還元ヘ
モグロビン及び酸化ヘモグロビンには吸収されず水にの
み吸収される波長をもつ第3の光を上記測定部位に向け
て発光する第3発光手段と、これらの発光手段から発せ
られ、測定部位を透過した光を受けて電気信号に変換す
る受光手段と、この受光手段の出力信号に基づき、上記
第1の光、第2の光、及び第3の光の透過量にそれぞれ
対応する信号を作成する信号作成手段と、この信号作成
手段において第1の時刻で作成された各信号と上記第1
の時刻と異なる第2の時刻で作成された各信号とに基づ
き血中酸素量を演算する演算手段とを備えたことを特徴
とする血中酸素量測定装置。
Claim 1: A first light source that emits a first light having a wavelength that is absorbed by at least deoxyhemoglobin among deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin in blood toward a measurement site.
and a second light emitting means that emits, toward a measurement site, a second light having a wavelength different from the wavelength of the first light and absorbed by at least oxygenated hemoglobin among deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin in blood. and third light emitting means for emitting third light having a wavelength that is not absorbed by deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin in blood but is absorbed only by water, towards the measurement site, and a third light emitting means emitted from these light emitting means. , a light receiving means that receives the light transmitted through the measurement site and converts it into an electrical signal, and based on the output signal of this light receiving means, corresponds to the transmitted amount of the first light, the second light, and the third light, respectively. a signal generating means for generating a signal, each signal generated at a first time in the signal generating means and the first signal;
1. A blood oxygen amount measuring device comprising: calculation means for calculating a blood oxygen amount based on each signal created at a second time different from the time of the first step.
【請求項2】  請求項1記載の血中酸素量測定装置に
おいて、上記受光手段を、各透過光を全て受光する単一
の受光素子で構成するとともに、この受光手段の出力信
号を上記第1の光、第2の光、及び第3の光の透過量に
それぞれ対応する信号に分離するように上記信号作成手
段を構成したことを特徴とする血中酸素量測定装置。
2. The blood oxygen amount measuring device according to claim 1, wherein the light receiving means is constituted by a single light receiving element that receives all of the transmitted light, and the output signal of the light receiving means is transmitted to the first light receiving element. A blood oxygen amount measuring device characterized in that the signal generating means is configured to separate the signals into signals corresponding to the transmitted amounts of the light, the second light, and the third light, respectively.
JP03101329A 1991-05-07 1991-05-07 Blood oxygen level measurement device Expired - Fee Related JP3125321B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03101329A JP3125321B2 (en) 1991-05-07 1991-05-07 Blood oxygen level measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03101329A JP3125321B2 (en) 1991-05-07 1991-05-07 Blood oxygen level measurement device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04332536A true JPH04332536A (en) 1992-11-19
JP3125321B2 JP3125321B2 (en) 2001-01-15

Family

ID=14297794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP03101329A Expired - Fee Related JP3125321B2 (en) 1991-05-07 1991-05-07 Blood oxygen level measurement device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3125321B2 (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003508735A (en) * 1999-08-31 2003-03-04 ネイダーランゼ、オルガニザティー、ボー、トゥーゲパストナトゥールウェテンシャッペルーク、オンダーツォーク、ティーエヌオー Imaging device for determining density ratio
JP2007135621A (en) * 2005-11-14 2007-06-07 Konica Minolta Sensing Inc Biological information measuring instrument
US7684842B2 (en) 2006-09-29 2010-03-23 Nellcor Puritan Bennett Llc System and method for preventing sensor misuse
US8219170B2 (en) 2006-09-20 2012-07-10 Nellcor Puritan Bennett Llc System and method for practicing spectrophotometry using light emitting nanostructure devices
US8265724B2 (en) 2007-03-09 2012-09-11 Nellcor Puritan Bennett Llc Cancellation of light shunting
US8280469B2 (en) 2007-03-09 2012-10-02 Nellcor Puritan Bennett Llc Method for detection of aberrant tissue spectra
US8315685B2 (en) 2006-09-27 2012-11-20 Nellcor Puritan Bennett Llc Flexible medical sensor enclosure
JP2013117454A (en) * 2011-12-05 2013-06-13 Tokyo Institute Of Technology Object detection apparatus
US8521246B2 (en) 2010-07-29 2013-08-27 Covidien Lp Cable cross talk suppression
WO2016151676A1 (en) * 2015-03-20 2016-09-29 オリンパス株式会社 Image processing device, image processing method, and biological observation device
US9833146B2 (en) 2012-04-17 2017-12-05 Covidien Lp Surgical system and method of use of the same
US9895068B2 (en) 2008-06-30 2018-02-20 Covidien Lp Pulse oximeter with wait-time indication
JP2018086165A (en) * 2016-11-29 2018-06-07 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 Body motion detecting apparatus
WO2018123676A1 (en) * 2016-12-27 2018-07-05 アルプス電気株式会社 Sensor module and biometric information display system
US10076276B2 (en) 2008-02-19 2018-09-18 Covidien Lp Methods and systems for alerting practitioners to physiological conditions

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4795593B2 (en) * 1999-08-31 2011-10-19 ネイダーランゼ、オルガニザティー、ボー、トゥーゲパストナトゥールウェテンシャッペルーク、オンダーツォーク、ティーエヌオー Imaging device for determining density ratio
JP2003508735A (en) * 1999-08-31 2003-03-04 ネイダーランゼ、オルガニザティー、ボー、トゥーゲパストナトゥールウェテンシャッペルーク、オンダーツォーク、ティーエヌオー Imaging device for determining density ratio
JP2007135621A (en) * 2005-11-14 2007-06-07 Konica Minolta Sensing Inc Biological information measuring instrument
US8195261B2 (en) 2005-11-14 2012-06-05 Konica Minolta Sensing, Inc. Vital information measuring device
US8219170B2 (en) 2006-09-20 2012-07-10 Nellcor Puritan Bennett Llc System and method for practicing spectrophotometry using light emitting nanostructure devices
US8315685B2 (en) 2006-09-27 2012-11-20 Nellcor Puritan Bennett Llc Flexible medical sensor enclosure
US7684842B2 (en) 2006-09-29 2010-03-23 Nellcor Puritan Bennett Llc System and method for preventing sensor misuse
US8265724B2 (en) 2007-03-09 2012-09-11 Nellcor Puritan Bennett Llc Cancellation of light shunting
US8280469B2 (en) 2007-03-09 2012-10-02 Nellcor Puritan Bennett Llc Method for detection of aberrant tissue spectra
US11298076B2 (en) 2008-02-19 2022-04-12 Covidien Lp Methods and systems for alerting practitioners to physiological conditions
US10076276B2 (en) 2008-02-19 2018-09-18 Covidien Lp Methods and systems for alerting practitioners to physiological conditions
US9895068B2 (en) 2008-06-30 2018-02-20 Covidien Lp Pulse oximeter with wait-time indication
US8521246B2 (en) 2010-07-29 2013-08-27 Covidien Lp Cable cross talk suppression
JP2013117454A (en) * 2011-12-05 2013-06-13 Tokyo Institute Of Technology Object detection apparatus
US9833146B2 (en) 2012-04-17 2017-12-05 Covidien Lp Surgical system and method of use of the same
WO2016151676A1 (en) * 2015-03-20 2016-09-29 オリンパス株式会社 Image processing device, image processing method, and biological observation device
JP2018086165A (en) * 2016-11-29 2018-06-07 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 Body motion detecting apparatus
WO2018123676A1 (en) * 2016-12-27 2018-07-05 アルプス電気株式会社 Sensor module and biometric information display system
JPWO2018123676A1 (en) * 2016-12-27 2019-07-11 アルプスアルパイン株式会社 Sensor module and biological information display system
US11096592B2 (en) 2016-12-27 2021-08-24 Alps Alpine Co., Ltd. Sensor module and biological information display system

Also Published As

Publication number Publication date
JP3125321B2 (en) 2001-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH04332536A (en) Instrument for measuring oxygen in blood
US4948248A (en) Blood constituent measuring device and method
US10660551B2 (en) Concentration-measurement device and concentration-measurement method
US6018674A (en) Fast-turnoff photodiodes with switched-gain preamplifiers in photoplethysmographic measurement instruments
US4407290A (en) Blood constituent measuring device and method
US5983122A (en) Apparatus and method for improved photoplethysmographic monitoring of multiple hemoglobin species using emitters having optimized center wavelengths
JPS63252239A (en) Reflection type oxymeter
EP0549835A1 (en) Diagnostic apparatus
JPS6365845A (en) Oximeter apparatus
JP2003210438A (en) Adapter for oximeter
JP5238087B1 (en) Concentration measuring device and concentration measuring method
JP2002095652A (en) Device of measuring concentration of light-absorbing material in blood
US20070149864A1 (en) Monitoring device for multiple tissue sites
JPH07327964A (en) Instrument for measuring oxygen saturation degree and instrument for measuring concentration of light absorptive material in blood
JPH05207993A (en) Pulse oximeter
JPH10337282A (en) Reflection type oxygen saturation degree measuring device
US8391943B2 (en) Multi-wavelength photon density wave system using an optical switch
JP2813240B2 (en) Peripheral circulation detector
JPH04332535A (en) Instrument for measuring concentration of bilirubin in blood
EP0290278A1 (en) Examination apparatus for measuring oxygenation
JP2004148069A (en) Reflection type detector for degree of blood oxygen saturation
JP2001013063A (en) Photometric apparatus
JP6006668B2 (en) Concentration measuring device and concentration measuring method
JPH07265284A (en) Measuring device for oxygen saturation ratio and bloodstream
RU2233620C1 (en) Pulse oxymeter

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071102

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees