JPH07171140A - 酸素飽和度測定装置 - Google Patents
酸素飽和度測定装置Info
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- JPH07171140A JPH07171140A JP5320721A JP32072193A JPH07171140A JP H07171140 A JPH07171140 A JP H07171140A JP 5320721 A JP5320721 A JP 5320721A JP 32072193 A JP32072193 A JP 32072193A JP H07171140 A JPH07171140 A JP H07171140A
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- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
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- A61B5/7253—Details of waveform analysis characterised by using transforms
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 血液中のヘモグロビンの酸素飽和度を測定す
る酸素飽和度測定装置において、血流の拍動の有無に関
わらず酸素飽和度を精度良く測定でき、しかも生体への
悪影響を避けることができる構成を提供する。 【構成】 演算部6の制御のもとに、まず光源切り換え
部3によりLD1がオンされ、第1の波長のレーザー光
を発振し、そのレーザー光は合成器8、光ファイバー9
を介して生体12に照射され散乱される。その散乱光は
光ファイバー10を介しPD4に受光され、その強度に
応じた電気信号に変換される。この電気信号はFFT部
5でパワースペクトルに変換されて演算部6で演算処理
される。次にLD1がオフされ、LD2がオンされて第
2の波長のレーザー光を発振し、同様の処理がなされ
る。それぞれの波長で得られた演算処理結果に基づいて
酸素飽和度が求められる。
る酸素飽和度測定装置において、血流の拍動の有無に関
わらず酸素飽和度を精度良く測定でき、しかも生体への
悪影響を避けることができる構成を提供する。 【構成】 演算部6の制御のもとに、まず光源切り換え
部3によりLD1がオンされ、第1の波長のレーザー光
を発振し、そのレーザー光は合成器8、光ファイバー9
を介して生体12に照射され散乱される。その散乱光は
光ファイバー10を介しPD4に受光され、その強度に
応じた電気信号に変換される。この電気信号はFFT部
5でパワースペクトルに変換されて演算部6で演算処理
される。次にLD1がオフされ、LD2がオンされて第
2の波長のレーザー光を発振し、同様の処理がなされ
る。それぞれの波長で得られた演算処理結果に基づいて
酸素飽和度が求められる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、血液中の酸素飽和度を
非侵襲式に測定する装置であって、特に赤血球中に含ま
れるヘモグロビンの光吸収、光散乱特性を利用して酸素
飽和度を測定する非侵襲式の酸素飽和度測定装置に関す
るものである。
非侵襲式に測定する装置であって、特に赤血球中に含ま
れるヘモグロビンの光吸収、光散乱特性を利用して酸素
飽和度を測定する非侵襲式の酸素飽和度測定装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、非侵襲式の酸素飽和度測定装
置はパルスオキシメータがよく知られている。パルスオ
キシメータでは、動脈血の拍動に伴う透過率の変化を測
定して、赤血球中のヘモグロビンの酸素飽和度を算出し
ている。
置はパルスオキシメータがよく知られている。パルスオ
キシメータでは、動脈血の拍動に伴う透過率の変化を測
定して、赤血球中のヘモグロビンの酸素飽和度を算出し
ている。
【0003】また、血管中の赤血球に着目し、血液中の
酸素飽和度を測定する方法として、本出願人によってス
ペックルオキシメトリーが特開平4−15046号によ
り提案されている。
酸素飽和度を測定する方法として、本出願人によってス
ペックルオキシメトリーが特開平4−15046号によ
り提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】パルスオキシメータで
は、動脈血の拍動に伴う透過率の変化を測定しているた
め、被検者がショック状態にある場合などでは末梢血管
が収縮して、拍動を捉えられない場合が生じる。このよ
うな場合には測定が難しくなったり、測定が不能となる
問題が知られている。また、出血多量の被検者の場合、
動脈血の拍動自身が微弱となり、測定が困難になるとい
う問題が生じる。また、従来のパルスオキシメータで
は、静脈血の酸素飽和度を測定することは非常に困難で
あった。
は、動脈血の拍動に伴う透過率の変化を測定しているた
め、被検者がショック状態にある場合などでは末梢血管
が収縮して、拍動を捉えられない場合が生じる。このよ
うな場合には測定が難しくなったり、測定が不能となる
問題が知られている。また、出血多量の被検者の場合、
動脈血の拍動自身が微弱となり、測定が困難になるとい
う問題が生じる。また、従来のパルスオキシメータで
は、静脈血の酸素飽和度を測定することは非常に困難で
あった。
【0005】この問題を解決するために、本出願人は上
述の特開平4−15046号によりスペックルオキシメ
トリーを提案した。この方法は複数波長のレーザー光を
生体に同時に照射し、その散乱光を各レーザー波長ごと
に分離して、それぞれの強度揺らぎから血液中の酸素飽
和度を測定する方法である。
述の特開平4−15046号によりスペックルオキシメ
トリーを提案した。この方法は複数波長のレーザー光を
生体に同時に照射し、その散乱光を各レーザー波長ごと
に分離して、それぞれの強度揺らぎから血液中の酸素飽
和度を測定する方法である。
【0006】しかし、生体にレーザー光を照射する場
合、その照射強度には制約があり、複数のレーザー光を
高出力で同時に照射することはできない。例えば、低温
火傷等の生体に及ぼす影響を考慮すれば、レーザー光量
は少なくすることが望まれている。また取り扱いの容易
さを考えても、レーザー光量を小さくすることが望まし
い。複数のレーザー光を同時に照射することは、各レー
ザー光量は小さいとしても、全レーザー光量は大きく、
生体に及ぼす影響が問題となる。
合、その照射強度には制約があり、複数のレーザー光を
高出力で同時に照射することはできない。例えば、低温
火傷等の生体に及ぼす影響を考慮すれば、レーザー光量
は少なくすることが望まれている。また取り扱いの容易
さを考えても、レーザー光量を小さくすることが望まし
い。複数のレーザー光を同時に照射することは、各レー
ザー光量は小さいとしても、全レーザー光量は大きく、
生体に及ぼす影響が問題となる。
【0007】この問題を解決するために、各レーザー出
力をさらに小さいものにすると、信号とノイズの比S/
Nが低くなり、測定精度が低下することが問題となる。
力をさらに小さいものにすると、信号とノイズの比S/
Nが低くなり、測定精度が低下することが問題となる。
【0008】そこで、本発明の課題は、以上の問題に鑑
み、可干渉光(レーザー光)を生体に照射して血液中の
赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を測定する非侵襲
式の酸素飽和度測定装置において、拍動が非常に弱くな
った動脈血の場合や静脈血のように拍動を伴わない血流
においても、酸素飽和度を精度良く測定でき、しかも生
体に照射するレーザー光量を低減する構成の測定装置を
提供することにある。
み、可干渉光(レーザー光)を生体に照射して血液中の
赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を測定する非侵襲
式の酸素飽和度測定装置において、拍動が非常に弱くな
った動脈血の場合や静脈血のように拍動を伴わない血流
においても、酸素飽和度を精度良く測定でき、しかも生
体に照射するレーザー光量を低減する構成の測定装置を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、可干渉光を生体へ照射し、その散
乱光ないし透過光の内で血流に対応する周波数成分を持
つ散乱光あるいは透過光の強度を測定し、その測定結果
に基づいて血液中の赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和
度を測定する非侵襲式の酸素飽和度測定装置において、
互いに波長の異なる可干渉光を出力する複数の光源と、
該複数の光源を切り換えて順次駆動する切り換え手段
と、該切り換え手段により切り換えて順次駆動される複
数の光源から生体に照射された可干渉光の散乱光ないし
透過光を受光し、該散乱光ないし透過光の強度を電気信
号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段の出力す
る電気信号を処理して前記ヘモグロビンの酸素飽和度を
演算する演算処理手段とを有する構成を採用した。
め、本発明によれば、可干渉光を生体へ照射し、その散
乱光ないし透過光の内で血流に対応する周波数成分を持
つ散乱光あるいは透過光の強度を測定し、その測定結果
に基づいて血液中の赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和
度を測定する非侵襲式の酸素飽和度測定装置において、
互いに波長の異なる可干渉光を出力する複数の光源と、
該複数の光源を切り換えて順次駆動する切り換え手段
と、該切り換え手段により切り換えて順次駆動される複
数の光源から生体に照射された可干渉光の散乱光ないし
透過光を受光し、該散乱光ないし透過光の強度を電気信
号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段の出力す
る電気信号を処理して前記ヘモグロビンの酸素飽和度を
演算する演算処理手段とを有する構成を採用した。
【0010】
【作用】このような構成によれば、血流の脈動の有無に
拘わりなく、即ち、動脈、静脈に拘らず、血球による光
吸収あるいは光散乱を検出することができ、透過光強度
あるいは散乱光強度を測定して、血流に対応する周波数
成分を持つ光の強度を求めることができる。波長の異な
る複数の可干渉光を用いることにより、各波長ごとに血
流に対応する周波数成分を持つ光の強度を求め、これら
強度を基にして赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を
算出することができる。また、波長の異なる可干渉光を
順次切り換えて、生体に照射する構成を採用しているこ
とから、複数の可干渉光を同時に照射するのに比べて照
射光量を大幅に低減することができる。
拘わりなく、即ち、動脈、静脈に拘らず、血球による光
吸収あるいは光散乱を検出することができ、透過光強度
あるいは散乱光強度を測定して、血流に対応する周波数
成分を持つ光の強度を求めることができる。波長の異な
る複数の可干渉光を用いることにより、各波長ごとに血
流に対応する周波数成分を持つ光の強度を求め、これら
強度を基にして赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を
算出することができる。また、波長の異なる可干渉光を
順次切り換えて、生体に照射する構成を採用しているこ
とから、複数の可干渉光を同時に照射するのに比べて照
射光量を大幅に低減することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。
説明する。
【0012】[実施例1]図1は、本発明による非侵襲
式の酸素飽和度測定装置の実施例1の構成を示すブロッ
ク図である。この構成は、生体に照射する可干渉光(レ
ーザー光)の光源として波長の異なる2つの可干渉光源
を備え、生体における散乱光を測定して酸素飽和度を求
めるものである。
式の酸素飽和度測定装置の実施例1の構成を示すブロッ
ク図である。この構成は、生体に照射する可干渉光(レ
ーザー光)の光源として波長の異なる2つの可干渉光源
を備え、生体における散乱光を測定して酸素飽和度を求
めるものである。
【0013】図1の装置は、光源部1,2、光源切り換
え部3、受光部4、FFT部5、演算部6、出力部7で
構成されている。
え部3、受光部4、FFT部5、演算部6、出力部7で
構成されている。
【0014】光源部1,2は互いに異なる波長のレーザ
ー光を発振するもので、演算部6からの制御によって切
り換えて順次発振する。光源部1,2は具体的にはレー
ザーダイオード(以下LDと略す)からなり、このLD
1,2から射出されたレーザー光は異なる光学系を通
り、両者の光路を合流させる合成器8に入射し、投光用
光ファイバー9に導かれて生体12に照射される。
ー光を発振するもので、演算部6からの制御によって切
り換えて順次発振する。光源部1,2は具体的にはレー
ザーダイオード(以下LDと略す)からなり、このLD
1,2から射出されたレーザー光は異なる光学系を通
り、両者の光路を合流させる合成器8に入射し、投光用
光ファイバー9に導かれて生体12に照射される。
【0015】LD1,2の発振する波長は酸素ヘモグロ
ビンと還元ヘモグロビンの分光特性を考慮して決定す
る。例えばLD1としては酸素ヘモグロビンと還元ヘモ
グロビンの吸光度差が大きい680nm付近の波長を用
いる。また、LD2としては酸素ヘモグロビンと還元ヘ
モグロビンの等吸収点の波長805nm付近を用いる。
これらの波長を選択することにより、精度よく酸素飽和
度を測定することができる。
ビンと還元ヘモグロビンの分光特性を考慮して決定す
る。例えばLD1としては酸素ヘモグロビンと還元ヘモ
グロビンの吸光度差が大きい680nm付近の波長を用
いる。また、LD2としては酸素ヘモグロビンと還元ヘ
モグロビンの等吸収点の波長805nm付近を用いる。
これらの波長を選択することにより、精度よく酸素飽和
度を測定することができる。
【0016】また、ここでは2種類の波長のレーザー光
しか用いていないが、3種類の波長を用いて生体組織に
よる光の吸収効果を取り除くこともできる。3種類の波
長を用いる場合には、3つ目の波長は酸素ヘモグロビン
と還元ヘモグロビンの分光特性が逆転する波長帯域、即
ち、805nmよりも長波長側を選ぶと、より精度よく
酸素飽和度を測定することができる。ただし、900n
m付近は水の吸収帯があり、酸素飽和度を効率良く測定
することができない。そこで、酸素ヘモグロビンと還元
ヘモグロビンの分光特性が逆転する波長帯域の中で、比
較的大きな吸光度差となる830nm付近の波長を用い
ることがよい。
しか用いていないが、3種類の波長を用いて生体組織に
よる光の吸収効果を取り除くこともできる。3種類の波
長を用いる場合には、3つ目の波長は酸素ヘモグロビン
と還元ヘモグロビンの分光特性が逆転する波長帯域、即
ち、805nmよりも長波長側を選ぶと、より精度よく
酸素飽和度を測定することができる。ただし、900n
m付近は水の吸収帯があり、酸素飽和度を効率良く測定
することができない。そこで、酸素ヘモグロビンと還元
ヘモグロビンの分光特性が逆転する波長帯域の中で、比
較的大きな吸光度差となる830nm付近の波長を用い
ることがよい。
【0017】光源切り換え部3は発振するLD1,LD
2の切り換えを行なうもので、演算部6からコントロー
ル信号を受けて切り換えを行なう。切り換え部3はアナ
ログスイッチで構成され、このスイッチによりLDに供
給する駆動電流をオン,オフすることにより切り換えを
行なう。LDの切り換え直後は発振光量が安定していな
いので、安定するまでの間、サンプリングを行なわない
ようにする。レーザーが安定するまでの待ち時間が長す
ぎると1回の計測時間が長時間となり、実用に不向きと
なる。LDの切り換えは2つのLDが交互に発振し、2
つ同時に発振していることがないように設定する。この
ように設定することで、測定の信頼性をあげることがで
きるとともに、生体へのレーザー光の照射光量を低減す
ることができる。
2の切り換えを行なうもので、演算部6からコントロー
ル信号を受けて切り換えを行なう。切り換え部3はアナ
ログスイッチで構成され、このスイッチによりLDに供
給する駆動電流をオン,オフすることにより切り換えを
行なう。LDの切り換え直後は発振光量が安定していな
いので、安定するまでの間、サンプリングを行なわない
ようにする。レーザーが安定するまでの待ち時間が長す
ぎると1回の計測時間が長時間となり、実用に不向きと
なる。LDの切り換えは2つのLDが交互に発振し、2
つ同時に発振していることがないように設定する。この
ように設定することで、測定の信頼性をあげることがで
きるとともに、生体へのレーザー光の照射光量を低減す
ることができる。
【0018】受光部4は具体的には光電変換素子である
フォトダイオード(以下PDと略す)からなり、生体1
2に照射されたレーザー光の散乱光を受光用光ファイバ
ー10を介して受光し、その光の強度を電気信号に変換
する。受光用光ファイバー10の先端部は投光用光ファ
イバー9の先端部と隣接するように検出部11で配置さ
れる。
フォトダイオード(以下PDと略す)からなり、生体1
2に照射されたレーザー光の散乱光を受光用光ファイバ
ー10を介して受光し、その光の強度を電気信号に変換
する。受光用光ファイバー10の先端部は投光用光ファ
イバー9の先端部と隣接するように検出部11で配置さ
れる。
【0019】生体12の測定部位の周囲が明るく、測定
が困難な場合や迷光が問題となる場合にはPD4表面
に、フィルターを取付けて用いる。フィルターは用いて
いるレーザー波長のみを透過するような特性のものを選
択する。このようなフィルターを用いることで、明るい
場所での測定が可能となり、いろいろな場所での計測が
可能となる。
が困難な場合や迷光が問題となる場合にはPD4表面
に、フィルターを取付けて用いる。フィルターは用いて
いるレーザー波長のみを透過するような特性のものを選
択する。このようなフィルターを用いることで、明るい
場所での測定が可能となり、いろいろな場所での計測が
可能となる。
【0020】FFT部5は受光部4で得られた光強度を
示す電気信号の時系列データをA/Dコンバータを用い
てデジタル値に変換し、パワースペクトルを求める。
示す電気信号の時系列データをA/Dコンバータを用い
てデジタル値に変換し、パワースペクトルを求める。
【0021】演算部6はマイクロプロセッサ等から構成
され、上記の得られたパワースペクトルに関数フィッテ
ィングを行ない、パワースペクトルの面積を計算する。
計算した面積を基に酸素飽和度を算出する。
され、上記の得られたパワースペクトルに関数フィッテ
ィングを行ない、パワースペクトルの面積を計算する。
計算した面積を基に酸素飽和度を算出する。
【0022】出力部7は得られた酸素飽和度の結果をデ
ィスプレイ、プリンター等に出力し、表示ないし記録さ
せる。
ィスプレイ、プリンター等に出力し、表示ないし記録さ
せる。
【0023】次に上記構成による測定動作を説明する。
【0024】演算部6の制御のもとに、まず光源切り換
え部3によりLD1に駆動電流が印加され、LD1が波
長680nm付近のレーザー光を発振し、LD1から射
出されたレーザー光は合成器8、投光用光ファイバー9
を介して生体12に照射され散乱される。
え部3によりLD1に駆動電流が印加され、LD1が波
長680nm付近のレーザー光を発振し、LD1から射
出されたレーザー光は合成器8、投光用光ファイバー9
を介して生体12に照射され散乱される。
【0025】生体12からの散乱光は受光用光ファイバ
ー10を介しPD4で受光され、その強度に応じた電気
信号に変換される。この電気信号はFFT部5に導か
れ、パワースペクトルに変換され、演算部6に入力され
る。
ー10を介しPD4で受光され、その強度に応じた電気
信号に変換される。この電気信号はFFT部5に導か
れ、パワースペクトルに変換され、演算部6に入力され
る。
【0026】演算部6ではパワースペクトルを処理して
指数関数で近似し、フィッティングを行なう。フィッテ
ィング関数を周波数について0から無限大まで積分した
値を求める。
指数関数で近似し、フィッティングを行なう。フィッテ
ィング関数を周波数について0から無限大まで積分した
値を求める。
【0027】次に光源切り換え部3によりLD1がオフ
され、LD2がオンされ、波長805nm付近のレーザ
ー光を発振し、そのレーザー光が上記と同様に生体12
に照射され、上記と同様に散乱光の受光、パワースペク
トルへの変換、フィッティング、フィッティング関数の
積分が行なわれる。
され、LD2がオンされ、波長805nm付近のレーザ
ー光を発振し、そのレーザー光が上記と同様に生体12
に照射され、上記と同様に散乱光の受光、パワースペク
トルへの変換、フィッティング、フィッティング関数の
積分が行なわれる。
【0028】それぞれの波長で得られた積分値の比を血
液中の酸素飽和度と比較して検量線を求める。この検量
線をもとに血液中の酸素飽和度を算出する。
液中の酸素飽和度と比較して検量線を求める。この検量
線をもとに血液中の酸素飽和度を算出する。
【0029】ここでパワースペクトルの処理と飽和度の
演算方法の詳細は以下の通りである。
演算方法の詳細は以下の通りである。
【0030】まず、得られたパワースペクトルからダー
クノイズを差し引く。次に、ダークノイズを差し引いた
パワースペクトルの内、装置の振動、生体の振動による
ノイズを取り除くために、500Hz以下の低周波成分
をカットする。また、本実施例で用いられる受光回路、
増幅回路等の周波数特性は20kHz位にカットオフ周
波数があることから、この影響を取り除くために、20
kHz以上の高周波成分をカットして用いる。この50
0Hzから20kHzまでのパワースペクトルに最小二
乗法を用いて、フィッティングを行なう。実験結果から
フィッティング関数としては指数関数を用いることが良
いことを見い出している。また、フィッティング関数と
して指数関数を用いることは、最小二乗法の計算を容易
にし、数式の取り扱いも容易にする効果がある。周波数
をωとして、フィッティング関数をFとすれば、
クノイズを差し引く。次に、ダークノイズを差し引いた
パワースペクトルの内、装置の振動、生体の振動による
ノイズを取り除くために、500Hz以下の低周波成分
をカットする。また、本実施例で用いられる受光回路、
増幅回路等の周波数特性は20kHz位にカットオフ周
波数があることから、この影響を取り除くために、20
kHz以上の高周波成分をカットして用いる。この50
0Hzから20kHzまでのパワースペクトルに最小二
乗法を用いて、フィッティングを行なう。実験結果から
フィッティング関数としては指数関数を用いることが良
いことを見い出している。また、フィッティング関数と
して指数関数を用いることは、最小二乗法の計算を容易
にし、数式の取り扱いも容易にする効果がある。周波数
をωとして、フィッティング関数をFとすれば、
【0031】
【数1】
【0032】と表わすことができる。ここで、Aはω=
0のときのパワースペクトルの値、即ち、直流成分の値
を示している。また、ω0は、パワースペクトルの傾き
を表わしていて、血流速に対応する量となる。
0のときのパワースペクトルの値、即ち、直流成分の値
を示している。また、ω0は、パワースペクトルの傾き
を表わしていて、血流速に対応する量となる。
【0033】パワースペクトルの面積は散乱体の数、即
ち、赤血球の数に対応する量であり、血流速に依存しな
いものと考えられる。この面積を求める方法として、フ
ィッティング関数の積分値を用いることにする。直接パ
ワースペクトルの面積を求めるよりも、フィッティング
関数を用いることで、ノイズの影響を低減することがで
きる。また、フィッティング関数をゼロから無限大まで
積分することにより、フィッティング範囲から取り除い
た帯域、即ち、500Hzから低周波側と20kHzか
ら高周波側の効果を取り入れることができる。この方法
を用いることで、より精度よく、パワースペクトルの面
積を評価することができる。
ち、赤血球の数に対応する量であり、血流速に依存しな
いものと考えられる。この面積を求める方法として、フ
ィッティング関数の積分値を用いることにする。直接パ
ワースペクトルの面積を求めるよりも、フィッティング
関数を用いることで、ノイズの影響を低減することがで
きる。また、フィッティング関数をゼロから無限大まで
積分することにより、フィッティング範囲から取り除い
た帯域、即ち、500Hzから低周波側と20kHzか
ら高周波側の効果を取り入れることができる。この方法
を用いることで、より精度よく、パワースペクトルの面
積を評価することができる。
【0034】パワースペクトルの面積をSとすれば、
【0035】
【数2】
【0036】2つの波長について、この値S1、S2を求
める。両者の比S1/S2は酸素飽和度と相関があり、こ
の値から、生体中の血液酸素飽和度を非侵襲的に測定す
ることができる。
める。両者の比S1/S2は酸素飽和度と相関があり、こ
の値から、生体中の血液酸素飽和度を非侵襲的に測定す
ることができる。
【0037】図2は、生体モデルを用いて本装置で測定
した散乱光強度比と酸素飽和度の関係を示している。生
体モデルは生体の組織モデルとしてテフロンブロックを
用い、血管モデルとしてシリコンチューブ、血流モデル
としてペリスタポンプ、血液モデルとして馬の保存血液
を用いた。そしてテフロンブロックにシリコンチューブ
を埋め込み、その中を馬の保存血液を還流させた。測定
は酸素飽和度を変化させて、それぞれの波長で得られた
血流に相当する散乱光強度比と比較した。波長は63
2.8nm及び810nmを用いた。図2は酸素飽和度
と指数関数フィッティングから求めた散乱光強度比の相
関を表わしたものであり、散乱光強度比と酸素飽和度と
の対応が良く取れていることがわかる。即ち、本実施例
の構成を用いることで、酸素飽和度を精度良く測定でき
ることがわかる。
した散乱光強度比と酸素飽和度の関係を示している。生
体モデルは生体の組織モデルとしてテフロンブロックを
用い、血管モデルとしてシリコンチューブ、血流モデル
としてペリスタポンプ、血液モデルとして馬の保存血液
を用いた。そしてテフロンブロックにシリコンチューブ
を埋め込み、その中を馬の保存血液を還流させた。測定
は酸素飽和度を変化させて、それぞれの波長で得られた
血流に相当する散乱光強度比と比較した。波長は63
2.8nm及び810nmを用いた。図2は酸素飽和度
と指数関数フィッティングから求めた散乱光強度比の相
関を表わしたものであり、散乱光強度比と酸素飽和度と
の対応が良く取れていることがわかる。即ち、本実施例
の構成を用いることで、酸素飽和度を精度良く測定でき
ることがわかる。
【0038】以上のような本実施例によれば、血流の拍
動の有無に関わりなく、散乱光強度の検出に基づいて酸
素飽和度を高精度に測定することができる。すなわち、
拍動が非常に弱くなった動脈血の場合や静脈血のように
拍動を伴わない血流でも酸素飽和度を高精度に測定する
ことができる。しかも本実施例によれば、2種類の波長
のレーザー光を切り換えて順次生体に照射するので、2
種類の波長のレーザー光を同時に照射する場合に比べて
照射光量を低減することができる。従って、各波長の照
射光量を多少は大きくしても良く、生体に悪影響を及ぼ
さずに測定精度を向上することができる。
動の有無に関わりなく、散乱光強度の検出に基づいて酸
素飽和度を高精度に測定することができる。すなわち、
拍動が非常に弱くなった動脈血の場合や静脈血のように
拍動を伴わない血流でも酸素飽和度を高精度に測定する
ことができる。しかも本実施例によれば、2種類の波長
のレーザー光を切り換えて順次生体に照射するので、2
種類の波長のレーザー光を同時に照射する場合に比べて
照射光量を低減することができる。従って、各波長の照
射光量を多少は大きくしても良く、生体に悪影響を及ぼ
さずに測定精度を向上することができる。
【0039】[実施例2]図3は本発明による酸素飽和
度測定装置の実施例2の構成を示している。上述の実施
例1はサンプルからの散乱光により測定を行なうものと
したが、本実施例は透過光により測定を行なう透過型の
装置である。透過型の構成を採用することで、生体組織
全体の酸素飽和度を測定することができ、全組織中での
酸素消費をモニターすることもできる。また、手術中に
主要血管、臓器等の露出部に検出部を取付けることによ
り、障害を受けやすい部位について直接的に酸素飽和度
をモニターをすることができる。
度測定装置の実施例2の構成を示している。上述の実施
例1はサンプルからの散乱光により測定を行なうものと
したが、本実施例は透過光により測定を行なう透過型の
装置である。透過型の構成を採用することで、生体組織
全体の酸素飽和度を測定することができ、全組織中での
酸素消費をモニターすることもできる。また、手術中に
主要血管、臓器等の露出部に検出部を取付けることによ
り、障害を受けやすい部位について直接的に酸素飽和度
をモニターをすることができる。
【0040】図3に示すように、本実施例の装置構成で
は、検出部11に生体12が挿入される。検出部11で
は、投光用光ファイバー9と受光用光ファイバー10の
先端部どうしが対向するように配置されており、LD1
ないしLD2から合成器8と投光用光ファイバー9を介
してレーザー光が生体12に照射される。生体12を透
過した光は受光用光ファイバー10を介してPD4で受
光される。その他の部分の構成は実施例1と同様であ
る。
は、検出部11に生体12が挿入される。検出部11で
は、投光用光ファイバー9と受光用光ファイバー10の
先端部どうしが対向するように配置されており、LD1
ないしLD2から合成器8と投光用光ファイバー9を介
してレーザー光が生体12に照射される。生体12を透
過した光は受光用光ファイバー10を介してPD4で受
光される。その他の部分の構成は実施例1と同様であ
る。
【0041】次に上記構成による測定動作を説明する。
【0042】実施例1と同様に、演算部6の制御のもと
に、まず光源切り換え部3によりLD1が駆動され、第
1の波長のレーザー光を発振し、そのレーザー光は合成
器8、投光用光ファイバー9を介して生体12に照射さ
れる。
に、まず光源切り換え部3によりLD1が駆動され、第
1の波長のレーザー光を発振し、そのレーザー光は合成
器8、投光用光ファイバー9を介して生体12に照射さ
れる。
【0043】そして生体12を透過した透過光が受光用
光ファイバー10を介しPD4に受光され、電気信号に
変換される。実施例1と同様に、前記の電気信号はFF
T部5でパワースペクトルに変換されて演算部6に入力
される。演算部6ではパワースペクトルを指数関数で近
似して、フィッティングを行う。
光ファイバー10を介しPD4に受光され、電気信号に
変換される。実施例1と同様に、前記の電気信号はFF
T部5でパワースペクトルに変換されて演算部6に入力
される。演算部6ではパワースペクトルを指数関数で近
似して、フィッティングを行う。
【0044】次にLD1がオフされ、LD2が駆動され
る。先と同様にレーザー光を生体12に照射し、生体1
2を透過した光は電気信号に変換され、パワースペクト
ルに変換され、指数関数によるフィッティングが行なわ
れる。
る。先と同様にレーザー光を生体12に照射し、生体1
2を透過した光は電気信号に変換され、パワースペクト
ルに変換され、指数関数によるフィッティングが行なわ
れる。
【0045】その後も実施例1と同様に、2つの波長に
ついてフィッティング関数を周波数について0から無限
大まで積分した値の比を求め、血液中の酸素飽和度と比
較して検量線を求めることができる。このようにして実
施例1と同様に血球中のヘモグロビンの酸素飽和度を求
めることができる。
ついてフィッティング関数を周波数について0から無限
大まで積分した値の比を求め、血液中の酸素飽和度と比
較して検量線を求めることができる。このようにして実
施例1と同様に血球中のヘモグロビンの酸素飽和度を求
めることができる。
【0046】以上のような本実施例によれば、前述の透
過型による効果とともに実施例1と同様の効果が得られ
る。
過型による効果とともに実施例1と同様の効果が得られ
る。
【0047】[実施例3]図4は本発明の実施例3の装
置の構成を示している。本実施例の装置は検出部を生体
に接触させない非接触型の装置である。傷、火傷等によ
り、接触型の装置を用いることができない場合、非接触
型の構成を採用することが必要となる。
置の構成を示している。本実施例の装置は検出部を生体
に接触させない非接触型の装置である。傷、火傷等によ
り、接触型の装置を用いることができない場合、非接触
型の構成を採用することが必要となる。
【0048】本実施例でも、実施例1,2と同様に、波
長の異なる2種類のレーザーを用いる。また本実施例で
は投光光学系、受光光学系とも一部分は同じ光軸を通る
ようにしてある。このようにすることで、受光面とレー
ザー照射面の位置を容易に調整することができる。生体
面と受光面は光学的に共役な関係に設定することで、生
体面と受光面の関係が明確となり、測定部位を明確にす
ることができる。
長の異なる2種類のレーザーを用いる。また本実施例で
は投光光学系、受光光学系とも一部分は同じ光軸を通る
ようにしてある。このようにすることで、受光面とレー
ザー照射面の位置を容易に調整することができる。生体
面と受光面は光学的に共役な関係に設定することで、生
体面と受光面の関係が明確となり、測定部位を明確にす
ることができる。
【0049】図4において、LD1から射出されたレー
ザー光はビームスプリッター14、プリズム15で反射
され、レンズ17で集光されて生体12の表面に照射さ
れる。その散乱光はレンズ17,16を通り、PD4に
入射する。またLD2から射出された光はプリズム13
で反射され、ビームスプリッター14を通り、LD1の
場合と同様にプリズム15、レンズ17を介して生体面
に照射される。この他の部分の構成は実施例1,2と同
様である。
ザー光はビームスプリッター14、プリズム15で反射
され、レンズ17で集光されて生体12の表面に照射さ
れる。その散乱光はレンズ17,16を通り、PD4に
入射する。またLD2から射出された光はプリズム13
で反射され、ビームスプリッター14を通り、LD1の
場合と同様にプリズム15、レンズ17を介して生体面
に照射される。この他の部分の構成は実施例1,2と同
様である。
【0050】また、測定動作も実施例1,2と同様であ
り、まずLD1が駆動されて第1の波長のレーザー光の
散乱光の信号が処理され、次にLD2が駆動されて第2
の波長のレーザー光の散乱光の信号が処理され、これら
に基づいて同様に酸素飽和度が算出される。
り、まずLD1が駆動されて第1の波長のレーザー光の
散乱光の信号が処理され、次にLD2が駆動されて第2
の波長のレーザー光の散乱光の信号が処理され、これら
に基づいて同様に酸素飽和度が算出される。
【0051】以上のような本実施例によれば、実施例1
と同様の効果が得られる上に生体に非接触で酸素飽和度
を測定することができる。
と同様の効果が得られる上に生体に非接触で酸素飽和度
を測定することができる。
【0052】なお、以上の各実施例では、2種類のLD
を用い波長の異なる2種類のレーザー光を照射して測定
を行なうものとしたが、前述のように波長の異なる3種
類かそれ以上の種類のレーザー光を照射して測定を行な
う構成も可能である。その場合、各光源のLDを切り換
えて順次発振させることにより、照射光量を少なくする
ことは勿論である。
を用い波長の異なる2種類のレーザー光を照射して測定
を行なうものとしたが、前述のように波長の異なる3種
類かそれ以上の種類のレーザー光を照射して測定を行な
う構成も可能である。その場合、各光源のLDを切り換
えて順次発振させることにより、照射光量を少なくする
ことは勿論である。
【0053】また互いに波長の異なる複数種類のレーザ
ー光を出力できるレーザー光源を1つ用い、このレーザ
ー光源の出力するレーザー光の波長を順次切り換えて生
体に照射し、その後は上述と同様の処理で測定を行う構
成も可能である。
ー光を出力できるレーザー光源を1つ用い、このレーザ
ー光源の出力するレーザー光の波長を順次切り換えて生
体に照射し、その後は上述と同様の処理で測定を行う構
成も可能である。
【0054】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、可干渉光を生体へ照射し、その散乱光ないし
透過光の内で血流に対応する周波数成分を持つ散乱光あ
るいは透過光の強度を測定し、その測定結果に基づいて
血液中の赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を測定す
る非侵襲式の酸素飽和度測定装置において、互いに波長
の異なる可干渉光を出力する複数の光源と、該複数の光
源を切り換えて順次駆動する切り換え手段と、該切り換
え手段により切り換えて順次駆動される複数の光源から
生体に照射された可干渉光の散乱光ないし透過光を受光
し、該散乱光ないし透過光の強度を電気信号に変換する
光電変換手段と、該光電変換手段の出力する電気信号を
処理して前記ヘモグロビンの酸素飽和度を演算する演算
処理手段とを有する構成を採用したので、血流の拍動の
有無に関わらず酸素飽和度を測定することができ、拍動
が非常に弱くなった動脈血の場合や静脈血のように拍動
を伴わない血流においても、酸素飽和度を精度良く検出
することができる。しかも波長の異なる複数種類の可干
渉光を切り換えて順次生体に照射するので、複数種類の
可干渉光を同時に照射するのに比べて照射光量を大幅に
低減することができ、生体への悪影響を避けることがで
きるという優れた効果が得られる。
によれば、可干渉光を生体へ照射し、その散乱光ないし
透過光の内で血流に対応する周波数成分を持つ散乱光あ
るいは透過光の強度を測定し、その測定結果に基づいて
血液中の赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を測定す
る非侵襲式の酸素飽和度測定装置において、互いに波長
の異なる可干渉光を出力する複数の光源と、該複数の光
源を切り換えて順次駆動する切り換え手段と、該切り換
え手段により切り換えて順次駆動される複数の光源から
生体に照射された可干渉光の散乱光ないし透過光を受光
し、該散乱光ないし透過光の強度を電気信号に変換する
光電変換手段と、該光電変換手段の出力する電気信号を
処理して前記ヘモグロビンの酸素飽和度を演算する演算
処理手段とを有する構成を採用したので、血流の拍動の
有無に関わらず酸素飽和度を測定することができ、拍動
が非常に弱くなった動脈血の場合や静脈血のように拍動
を伴わない血流においても、酸素飽和度を精度良く検出
することができる。しかも波長の異なる複数種類の可干
渉光を切り換えて順次生体に照射するので、複数種類の
可干渉光を同時に照射するのに比べて照射光量を大幅に
低減することができ、生体への悪影響を避けることがで
きるという優れた効果が得られる。
【図1】本発明による酸素飽和度測定装置の実施例1の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図2】生体モデルの測定結果による酸素飽和度と散乱
光強度比の相関を示したグラフ図である。
光強度比の相関を示したグラフ図である。
【図3】実施例2の装置の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図4】実施例3の装置の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【符号の説明】 1,2 光源部(レーザーダイオード) 3 光源切り換え部 4 受光部(フォトダイオード) 5 FFT部 6 演算部 7 出力部 8 合成器 9 投光用光ファイバー 10 受光用光ファイバー 11 検出部 13,15 プリズム 14 ビームスプリッター 16,17 レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 宗晴 東京都調布市調布ケ丘3丁目3番1 興和 株式会社電機光学事業部調布研究所内
Claims (3)
- 【請求項1】 可干渉光を生体へ照射し、その散乱光な
いし透過光の内で血流に対応する周波数成分を持つ散乱
光あるいは透過光の強度を測定し、その測定結果に基づ
いて血液中の赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を測
定する非侵襲式の酸素飽和度測定装置において、 互いに波長の異なる可干渉光を出力する複数の光源と、 該複数の光源を切り換えて順次駆動する切り換え手段
と、 該切り換え手段により切り換えて順次駆動される複数の
光源から生体に照射された可干渉光の散乱光ないし透過
光を受光し、該散乱光ないし透過光の強度を電気信号に
変換する光電変換手段と、 該光電変換手段の出力する電気信号を処理して前記ヘモ
グロビンの酸素飽和度を演算する演算処理手段とを有す
ることを特徴とする酸素飽和度測定装置。 - 【請求項2】 前記演算処理手段は、前記光電変換手段
の出力する電気信号からパワースペクトルを求め、該パ
ワースペクトルに基づいて前記ヘモグロビンの酸素飽和
度を演算することを特徴とする請求項1に記載の酸素飽
和度測定装置。 - 【請求項3】 可干渉光を生体に照射し、その散乱光な
いし透過光の内で血流に対応する周波数成分を持つ散乱
光或いは透過光の強度を測定し、その測定結果に基づい
て血液中の赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を測定
する非侵襲式の酸素飽和度測定装置において、 互いに波長の異なる可干渉光を出力する光源と、 該複数の波長を切り換えて順次生体に照射するための切
り換え手段と、 生体に照射された可干渉光の散乱光ないし透過光を受光
し、該散乱光ないし透過光の強度を電気信号に変換する
光電変換手段と、 該光電変換手段の出力する電気信号を処理して前記ヘモ
グロビンの酸素飽和度を演算する演算処理手段とを有す
ることを特徴とする酸素飽和度測定装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32072193A JP3464697B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 酸素飽和度測定装置 |
US08/355,516 US5575285A (en) | 1993-12-21 | 1994-12-14 | Apparatus for measuring oxygen saturation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32072193A JP3464697B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 酸素飽和度測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07171140A true JPH07171140A (ja) | 1995-07-11 |
JP3464697B2 JP3464697B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=18124589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32072193A Expired - Fee Related JP3464697B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 酸素飽和度測定装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5575285A (ja) |
JP (1) | JP3464697B2 (ja) |
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WO2018163785A1 (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-13 | 京セラ株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
WO2018163784A1 (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-13 | 京セラ株式会社 | 測定装置、測定方法及びプログラム |
JP2018143746A (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 京セラ株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
JP2018143747A (ja) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 京セラ株式会社 | 測定装置、測定方法及びプログラム |
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US8932227B2 (en) | 2000-07-28 | 2015-01-13 | Lawrence A. Lynn | System and method for CO2 and oximetry integration |
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