JPH0440940A

JPH0440940A - 総ヘモグロビン濃度測定装置

Info

Publication number: JPH0440940A
Application number: JP2149527A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hamaguri; 謙治蛤
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1990-06-07
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1992-02-12

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、血液中の総ヘモグロビン濃度を光学的に非観
血・無侵襲で測定する装置に関する。

（従来の技術）ヘモグロビンには、原形のヘモグロビン（Ｈｂ）と酸化
した酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）があり、その和がヘ
モグロビン全体の量である。現在、総ヘモグロビンの濃
度を求めようとした時は、一定量の血液を採血して一定
のセルに入れ、同セル中の同血液を、分光分析を行うこ
とにより測定している。しかし、人間の体内から血液を
取出すには苦痛が伴うし、また、血液が不足している病
人からは採血することが出来ない。

そこで、採血しないで直接人体の適当な被測定部を測定
することにより、非観血　無侵襲で総ヘモグロビン濃度
を測定できる測定手段が要望されている６血液中の総ヘ
モグロビン量を非観血・無侵襲で測定する装置か開発さ
れており、上記装置では総ヘモグロビン量の算出を次式
、総ヘモグロビン量＝定数Ｘ（Ｙ５６９　　Ｙ６．。）Ｙ
５６９　；　５６９ｎｒｎにおける吸光度Ｙ６ＳＯ：　
６５０　ｎｍ４ｍおケル吸光度で行っているが、定数の
値が、測定部付の血管の密度によって変化するために、
測定精度が低いと言う問題がある。

〈発明が解決しようとする課題）本発明は、血液中の総ヘモグロビン（Ｈｂ十Ｈｂ○２）
の濃度を、非観血・無侵襲で精度良く測定する装置を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）総ヘモグロビン濃度測定装置として、両型のヘモグロビ
ンと水に対しそれぞれ異なる吸収係数となる少なくとも
２ｆ１の波長の光を被測定部に照射する手段と、被測定
部を透過又は反射した上記各波長の光を受光する受光手
段と、該受光手段の上ｉ１；ｉ２　＋ｒ　”’、’−−
’Ｈに対応する出力−の脈動成分の互いの比から総ヘモ
グロビン濃度を求める演算手段を備え、照射光として、
ヘモグロビン（Ｈｂ）と酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ□）
の吸収係数が等しい第１の波長の光と、Ｈｂ及びＨｂＯ
２による吸収が水の吸収に対して十分小さい第２の波長
の光を使用するようにした時は、動脈の自然の脈動にお
ける血管を上記２波長で透過し、その透過光強度の変化
分を測定するか、或は、被測定部を加圧する加圧手段を
設け、同加圧手段て′被測定部を強制的に加圧した時と
、加圧を解除した時との被測定部を透過する透過光強度
を２波長において変化分を測定し、演算手段で２波長に
おける変化分の比から総ヘモグロビン濃度を求めるよう
にした。

また、照射光として、それぞれ波長が異なる３種類の波
長の光を用いた場合には、ある波長の受光手段の出力の
脈動成分に対する他の２波長の受光手段の出力の脈動成
分の比から総ヘモグロビン濃度を求めるようにした。

（作用）被測定部から非観血・無侵襲で総ヘモグロビン濃度を測
定しようとした場合、個人によって被測定部の状況、例
えば、被測定部全体の厚さ、被測定部における皮膚、骨
等の厚さ、血液の少ない組織と血液の多い組織の厚さの
比等が異なるし、また、血液は脈動しているために、１
波長の光による測定値から直接総ヘモグロビン濃度を求
めることはできない。

そこで本発明は、血液中には、水が含まれていることに
着目し、水に吸収されなくて、ヘモグロビン（Ｈｂ）と
酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２　）における吸収が大きい
波長λ１の光と、水に吸収さるるがヘモグロビン（Ｈｂ
）と酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）に対しては吸収か少
ない波長λ２の光の２波長の光で被測定部を測定し、２
波長の光で得られる測定値の比を取ることにより、脈動
による変化を除去し、被測定部から非観血・無侵襲で総
ヘモグロビン濃度を測定できるようにしようとするもの
である。その計算の詳細を下記に説明する。

ヘモグロビン（Ｈｂ）及び酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２
）の吸収があって、水による吸収の無い波長λ１の光を
被測定部に照射したときの透過光強度Ｉλ１は、動脈血
の厚み（被測定部における動脈を１ケ所に集めた時の動
脈の厚さ）の時間変化■。λｌ　、波長λ１の入射光強
度Ｔ、ス、：動脈血以外の組織の波長λ１における透過率 μ砦　、Ｈｂの波長λ１における吸収係数μ：ｂ″、　
Ｈｂ□□の波長λ１における吸収係数ＣＨｂ；動脈血中
のＨｂの濃度Ｃ）ｌｂｏ２；動脈血中のＨｂ　Ｏ２の濃度ｄ　　：動
脈血の厚みの平均値 Δｄ（ｔ）：動脈血の厚みの変化分の関数上記（１）式
で表される。また、Ｈｂ及びＨｂＯ２による吸収が無く
、水による吸収がある波長λ２の光を被測定部に照射し
たときの透過光強度Ｉ２２はＩλ１と同様に、動脈血の
厚みの変化に応じて変１、λ２；波長λ２の入射光強度Ｔｔλ２；動脈血以外の組織の波長λ２における透過率 μで！；水の波長λ２における吸収係数で表される。

動Ｘ流の厚さの変化分Δｄ（ｔ）は、平均厚さｄからの
変化分であるので、（１）式及び２式夫々の時間平均を
取れば、動脈流の変化分が消去でき、平均透過光強度１
．、、Ｉ２□を求めることかできるＴｏ１２’工１，２
．。−びｏ、４．、！−下−・・（７！ｌと表すことができる。ｆｉｌ　、　＋２１　、　（３１
、１４＋より、下式ｆ５）　、１６＋のように計算をす
れば、未知数である入射光強度Ｉ　ｏ２＋　＋　Ｉ　ｏ
２２　、透過率Ｔ　ｔ、Ｂ　、　Ｔ　＋１２を消去する
ことがてき、Ｌｏｇｓ　　Ｉ２＋／　Ｉ／１ｌ −−（μ”　Ｃ）１１＋　＋　μＦ　ＣＨｂｏａ　’）
’△ｄ　（ｔ　）　−１５）スＩＬ　ｏｇｅ　■λ２／”　Ｉ２２−（μツｆ戸Δｄ　（
ｔ　）−１６１が得られる。λ１としてμ２．−μ、７
を満たす波長を選ぶと（５）式は、と表すことができる。

（６）式、（７１式より、動脈流の厚さの変化分△ｄ（
ｔ）を消去すれ４！″、んρ　　　　Ｈ６ｃ　、ｂ十ｃ　Ｈ，Ｏ，＝μλ、／μ２゜Ｘ　（Ｌｏｇ
ｅ　　１２＋／　Ｉｚ＋　：　Ｌ（４ｅ　　Ｉ２２．／
’　Ｉλ２）・・・・・・　・・６と表すことができるにの８式の吸収係数μ２Ｊμ６ μ３．は、予め実験等で測定することができ、透過光強
度ＩλＩ＋　１２２と、平均透過光強度Ｉ、、、　Ｉλ
２は、波長λｌとλ２の２波長による被測定部の透過光
に対して、測定により求めることができるから、総ヘモ
グロビン濃度を、測定により求めることが可能となる。

本発明は、上記原理に基づき、総ヘモグロビン濃度を、
被測定部から弁開「無侵襲で測定できるようにしようと
するものである（実施例）第１図に本発明の一実施例を示す。第１区において、１
は被測定部、２は光源２で、光を被測定部１に透過させ
る。３はダイクロイックミラーで、指定波長以下の光は
反射し、指定反射以上の光は透過させる。つまり、被測
定部１を透過した光の内、波長の短い波長λ１を含む光
（Ｈｂ及びＨｂＯ２による吸収があって、水による吸収
がない光）を反射し、波長の長い波長λ２を含む光（Ｈ
ｂ及びＨｂＯ２による吸収が無く、水による吸収がある
光）を透過させる。４は干渉フィルターで、反射した光
から波長λ１の光だけを透過させ、透過させた光は受光
素子５で受光される。５は干渉フィルターで、透過した
光から波長λ２の光だけを透過させ、透過させた光は受
光素子７で受光させる。受光素子５及び７で受光された
光は、電気信号に変換された後、対数増幅器８及び１１
でＬｏｇ変換され、バイパスフィルター９及び１２によ
り直流成分がカットされ、交流部分のみか整流回路１０
及び１３で整流される。整流された信号は、上記のｔ５
）式及び（６）式に比例した電圧となっている。整流回
路１０及び１３の出力は、マルチプレクサ１４を経て、
Ａ／Ｄ変換器１５により順次Ａ／Ｄ変換される、Ａ　ｙ
’　Ｄ変換された波長λ１及びλ２に対応する信号Ｅλ
１．Ｅス２は、演算回路１６で、Ｅ＝ａ　（Ｅλ＋／Ｅλ２）＋ｂ・・・・・・・・・・
・・・・（９）が計算される。（９）式は８）式に対応
しており、ａは１’／ＪＯ／／６ μ２２／μ、】であり、ｂは回路のオフセットや選ばれ
た波長のずれを補正するためのもので、ａとともに実験
的に予め決定される。Ｅ’Ａ　Ｉ／　Ｅ　２２の変動範
囲が狭いときは、（９）式は１次式で近似しても良い９
演算回路コロでの演算結果は、最終的に表示部１７に表
示される。

第３図にＨｂ、Ｍｂｏ２．水の吸収係数の分光特性曲線
を示す。波長λ１の光としては、第３図に示すように、
ＨｂとＨｂＯ２において吸収係数が同しである波長の光
が適しているので、波長８０５ｎｍの光を用いている。

また、この波長８０５ｎｍ光を受光する受光素子５とし
ては、シリコンフォトダイオード又はゲルマニウムフォ
トダイオードが適している。波長λ２の光としては、第
３図に示すように、Ｈｂ及びＭｂｏ２による吸収が少な
く、水による吸収がある光が適している。

Ｈｂ及びＭｂｏ２による吸収が少ない光の波長は１２μ
ｍ以上であり、この条件を満足し且つ水による吸収があ
る光としては、波長が約１．２μｍ、約１．４５μｍ、
約２μｍ、約２．５μｍ約６μｍ等の光がある。約１，
２μｍ、約１．４５μｍを選択した時は、受光素子７と
しては、ゲルマニウムフォトダイオード或はＰｂＳ光導
電素子が適しており、約２μｍ、約２．５μｍを選択し
た時は、受光素子７としては、ＰｂＳ光導電素子が適し
ており、約６μｍを選択した時は、受光素子７としては
、Ｐｂ５ｅ光導電素子が適している。

ｐ６　　　郷へ λ１として、μ３．−μ３．が成り立たない波長が選択
された時は、λ′１．λ′２．λ′３の３種の波長の光
を用いて、Ｃｙ　ｂ　＋　ＣＨｂ　ｏ、を決定すること
ができる。各上記波長の入射光強度を１゜λ′７．■。

λ゛２１０λ’３とし、透過光量をＩλ１．Ｉ２２．Ｉ
２　ｓとし、Ｉλ゛１．■λ’２＋　Ｉ　２’ｓのそれ
ぞれの平均値を、但し、ｊ＝１．２，３と表せる。また、 ”　ｏｇｅ　　ｌ　＞・１．／　］、／Ｌ　（＋ｇ＠　
　Ｉ　ｘ′ｇ／Ｉ　ａ′ｓ　＞となり、これらより、ン濃度（ＣＨｂ　＋ＣＭｂｏよ）は、Ｃｎ　ｂ　＋Ｃｏ　ｂ　Ｑ　＆＝　（Ｉ２　ｌＲ１２ＲＩＳ十ρ２　ＲＩ２＋ρｓ　Ｐ
ｚ３）÷　（ｋｌ　ＲＩ２Ｒ＋３＋に２　ＲＩ２十に３
　　ＲＩ３＞・・・・・・−・−・Ｉ０）により決定される。ここでＪ２＋、ρ２．ρ、、に、、
に２に、は、λ　３．λ“２．λ“３各波長におけるＨ
　ｂＨｂＯ２，水の吸収係数によって決まる定数である
。測定装置の誤差補正のために、Ｃｎｂ＋　Ｃｌ１ｂｎ＝（４ｒ　　Ｒ１２Ｒ１３十ρ２　Ｒ＋２＋−ｆ）　Ｓ
　Ｒ＋３＋β４）÷（ｋ、Ｒ，□Ｒ，，十に２　Ｒ，２
士に、Ｒ，＋ｋ＜）・・・・・・・・・・・・■ としても良い。このときｊ２＋〜Ｊ２４．に＋〜に４は
実験的に決められる。また、被測定部を透過した光の脈
動成分を得る方法は、パルスオキシメータで従来より実
施されている全ての方法が利用でき、第１図の方式に限
定されるものではない。光源として、時分割的に点滅さ
れる複数波長のＬＥＤを使用し、透過光を単一の受光素
子で受けて、サンプルホールド回路等で対応する複数波
長の透過光強度に対応した信号に分離した後、脈動成分
を得ても良い。

上記実施例では、動脈血の脈動による透過光の変動成分
から総ヘモグロビン濃度を求めるものであるが、反射光
でも同様の方法で、総ヘモグロビン濃度を求めることが
できる。

また、第２図に別の実施例を示す、第２図の実施例では
、動脈血の脈動を利用するのでは無く、１８のカフ内の
流体（例えば空気）により、被測定部１をポンプ２０に
より加圧し、２つの波長で、その時の透過光の強度（１
λｌ＋　　Ｉｘ２）を測定し、加圧を解除した時に、上
記２波長で透過光の強度（Ｉ２、十ΔＩλ１、■ス２＋
△■入２）を測定する。

これらの測定値より、Ｌｏｇｅ　　（１２＋＋ΔＩ＞＋）／Ｉλを及び、Ｌ　
ｏ　ｇ　ｅ　　（ＩＸ２＋Δ■２□）／Ｉ２□を算出す
る。この量は上述の（５）式、（６）式に対応するので
、それらの値から前記実施例と同様の手法で、総ヘモグ
ロビン濃度を求めることができ石。

加圧手段は本実施例に限定されるものでは無く、例えば
、ガラス板で被測定部を挟んでガラス板を変位させても
良い。

また、３波長を使用した場合も、前述の実施例と同様の
手法で総ヘモグロビン濃度を求めることができる。

（発明の効果）本発明によれば、総ヘモグロビン濃度を光学的に非観血
・無侵襲で測定することが可能になり、採血ができない
重病人や貧血の人の総へモグロヒン濃度の連続測定が可
能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は加圧装置
を使用した時の説明図、第３図は吸収係数の分光特性曲
線図である。１・・・被測定部、２・・・光源２．３・・・ダイクロ
イックミラー、４・・干渉フィルター、５・・受光素子
、６・・干渉フィルター、７・・受光素子、８・・対数
増幅器、９・・・バイパスフィルター、１０・・整流回
路、１１・・・対数増幅器、１２・・・バイパスフィル
ター１３・・・整流回路、１４・・・マルチプレクサ、
１５・・Ａ／Ｄ変換器、１６演算回路、１７・・表示部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ヘモグロビンと水に対しそれぞれ異なる吸収係数
となる少なくとも２種の波長の光を被測定部に照射する
手段と、被測定部を透過又は反射した上記各波長の光を
受光する受光手段と、該受光手段の上記各波長に対応す
る出力の脈動成分の互いの比から総ヘモグロビン濃度を
求める演算手段を備えたことを特徴とする総ヘモグロビ
ン濃度測定装置。
（２）照射光として、ヘモグロビン（Ｈｂ）と酸化ヘモ
グロビン（ＨｂＯ＿２）の吸収係数が等しい第１の波長
の光と、Ｈｂ及びＨｂＯ＿２による吸収が水の吸収に対
して十分小さい第２の波長の光を使用するようにしたこ
とを特徴とする請求項（１）記載の総ヘモグロビン濃度
測定装置。
（３）被測定部を加圧する加圧手段を設け、同加圧手段
で被測定部を加圧した時と、加圧を解除した時との被測
定部を透過する透過光強度の変化分を測定し、演算手段
で２波長における変化分の比から総ヘモグロビン濃度を
求めるようにしたことを特徴とする請求項（２）記載の
総ヘモグロビン濃度測定装置。
（４）受光手段の上記２波長に対応する出力の脈動成分
の比をＲとした時、総ヘモグロビン濃度＝ａＲ＾２＋ｂ
により、総ヘモグロビン濃度を求めるようにしたことを
特徴とする請求項（２）乃至（３）記載の総ヘモグロビ
ン濃度測定装置。
（５）照射光として、それぞれ波長が異なる３種類の波
長の光を用い、ある波長の受光手段の出力の脈動成分に
対する他の２波長の受光手段の出力の脈動成分の比をそ
れぞれＲ＿１＿２、Ｒ＿１＿３とした時、総ヘモグロビ
ン濃度＝（ｌ＿１Ｒ＿１＿２Ｒ＿１＿３＋ｌ＿２Ｒ＿１
＿２＋ｌ＿３Ｒ＿１＿３＋ｌ＿４）／（ｋ＿１Ｒ＿１＿
２Ｒ＿１＿３＋ｋ＿２Ｒ＿１＿２＋ｋ＿３Ｒ＿１＿３＋
ｋ＿４）により、総ヘモグロビン濃度を求めるようにし
たことを特徴とする請求項（１）記載の総ヘモグロビン
濃度測定装置、但し、ｌ＿１、ｋ＿１は定数。
（６）被測定部を加圧する加圧手段を設け、該受光手段
は同加圧手段で被測定部を加圧した時と、加圧を解除し
た時との被測定部を透過する透過光強度の変化分を各波
長毎に測定することを特徴とする請求項（５）記載の総
ヘモグロビン濃度測定装置。