JPH09122105A - 生体組織酸素モニタ - Google Patents
生体組織酸素モニタInfo
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- JPH09122105A JPH09122105A JP28521295A JP28521295A JPH09122105A JP H09122105 A JPH09122105 A JP H09122105A JP 28521295 A JP28521295 A JP 28521295A JP 28521295 A JP28521295 A JP 28521295A JP H09122105 A JPH09122105 A JP H09122105A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 携帯可能で信頼性の高い生体組織酸素モニタ
を提供することである。 【解決手段】 波長７６０ｎｍと８４０ｎｍの発光ダイ
オードの光を生体組織に照射し、生体組織からの受光量
に基づいて、生体組織中の酸化ヘモグロビン（Ｈｂ
Ｏ2 ）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の状態の変化及び血
液量（ＢＶ）の変化を、近赤外２波長吸光度変化量の一
次関数（下記の式）によって算出し、得られた結果を表
示する。 Δ［ＨｂＯ2 ］＝ΔO.D.840 −０．６６ΔO.D.760 Δ［Ｈｂ］ ＝０．５８（１．３７ΔO.D.760 −ΔO.
D.840 ） ΔＢＶ ＝０．４２ΔO.D.840 ＋０．１３ΔO.D.
760 ）
を提供することである。 【解決手段】 波長７６０ｎｍと８４０ｎｍの発光ダイ
オードの光を生体組織に照射し、生体組織からの受光量
に基づいて、生体組織中の酸化ヘモグロビン（Ｈｂ
Ｏ2 ）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の状態の変化及び血
液量（ＢＶ）の変化を、近赤外２波長吸光度変化量の一
次関数（下記の式）によって算出し、得られた結果を表
示する。 Δ［ＨｂＯ2 ］＝ΔO.D.840 −０．６６ΔO.D.760 Δ［Ｈｂ］ ＝０．５８（１．３７ΔO.D.760 −ΔO.
D.840 ） ΔＢＶ ＝０．４２ΔO.D.840 ＋０．１３ΔO.D.
760 ）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、近赤外２波長光に
より無侵襲に生体組織中のヘモグロビンの酸化・還元状
態の変化及び血液量の変化を計測する生体組織酸素モニ
タに関する。
より無侵襲に生体組織中のヘモグロビンの酸化・還元状
態の変化及び血液量の変化を計測する生体組織酸素モニ
タに関する。
【０００２】
【従来の技術】生体組織にレーザ光を照射し、生体組織
からの反射光を受光し、その受光量に基づいて、酸素変
化や血液量変化を求め、使用者に運動の指針を与えた
り、使用者に応じて運動負荷を制御したりする運動モニ
タ等の装置がある。この種の装置では、生体組織におい
て酸素を運搬するヘモグロビンの酸化・還元状態の変
化、血液量変化等に基づいて運動強度や運動効果を判定
している。
からの反射光を受光し、その受光量に基づいて、酸素変
化や血液量変化を求め、使用者に運動の指針を与えた
り、使用者に応じて運動負荷を制御したりする運動モニ
タ等の装置がある。この種の装置では、生体組織におい
て酸素を運搬するヘモグロビンの酸化・還元状態の変
化、血液量変化等に基づいて運動強度や運動効果を判定
している。
【０００３】ところで、ヘモグロビンには酸素と結合し
た酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と、酸素が結合してい
ない還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の２つの状態があり、従
来の装置は、このＨｂＯ2 とＨｂ、及びＢＶ（血液量）
を算出するのに、即ち３つのパラメータを求めるため
に、光源に３波長のレーザ光を用いている。一方、光源
に近赤外２波長の発光ダイオードを用い、生体組織から
の受光量に基づいてＨｂとＢＶの２つのパラメータを計
測・表示する装置もある。
た酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と、酸素が結合してい
ない還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の２つの状態があり、従
来の装置は、このＨｂＯ2 とＨｂ、及びＢＶ（血液量）
を算出するのに、即ち３つのパラメータを求めるため
に、光源に３波長のレーザ光を用いている。一方、光源
に近赤外２波長の発光ダイオードを用い、生体組織から
の受光量に基づいてＨｂとＢＶの２つのパラメータを計
測・表示する装置もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、３波長
のレーザ光を用いる装置は、光源がレーザ光であって大
型の据え置きタイプであるため、昨今の電子機器類の軽
薄短小化にはそぐわず、小型、軽量、電池駆動の携帯可
能な装置が待望されている。又、近赤外２波長の発光ダ
イオードを用いる装置では、ＨｂＯ2 のパラメータは計
測・表示しておらず、しかもＨｂとＢＶのパラメータの
演算式に含まれる係数は特定していない。このため、よ
り的確に運動強度や運動効果等の判定を行うにはパラメ
ータの信頼性に難点がある。
のレーザ光を用いる装置は、光源がレーザ光であって大
型の据え置きタイプであるため、昨今の電子機器類の軽
薄短小化にはそぐわず、小型、軽量、電池駆動の携帯可
能な装置が待望されている。又、近赤外２波長の発光ダ
イオードを用いる装置では、ＨｂＯ2 のパラメータは計
測・表示しておらず、しかもＨｂとＢＶのパラメータの
演算式に含まれる係数は特定していない。このため、よ
り的確に運動強度や運動効果等の判定を行うにはパラメ
ータの信頼性に難点がある。
【０００５】従って、本発明は、このような従来の問題
点に着目してなされたものであり、携帯可能で信頼性の
高い生体組織酸素モニタを提供することを目的とする。
点に着目してなされたものであり、携帯可能で信頼性の
高い生体組織酸素モニタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の生体組織酸素モニタは、生体組織に近赤外
２波長の光を照射する発光ダイオードと、生体組織から
の反射光を受光する受光素子と、この受光素子の受光量
に基づいて、生体組織中の酸化ヘモグロビン（Ｈｂ
Ｏ2 ）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の状態の変化及び血
液量（ＢＶ）の変化を、近赤外２波長吸光度変化量の一
次関数によって算出する演算手段と、算出された酸化・
還元状態の変化及び血液量の変化を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする。
に、本発明の生体組織酸素モニタは、生体組織に近赤外
２波長の光を照射する発光ダイオードと、生体組織から
の反射光を受光する受光素子と、この受光素子の受光量
に基づいて、生体組織中の酸化ヘモグロビン（Ｈｂ
Ｏ2 ）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の状態の変化及び血
液量（ＢＶ）の変化を、近赤外２波長吸光度変化量の一
次関数によって算出する演算手段と、算出された酸化・
還元状態の変化及び血液量の変化を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする。
【０００７】このモニタの演算手段は、受光素子の受光
量に基づいて、生体組織中の酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ
2 ）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の状態の変化及び血液
量（ＢＶ）の変化を、近赤外２波長吸光度変化量の一次
関数によって算出するので、光源は近赤外２波長の発光
ダイオードであるにもかかわらず、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、及
びＢＶの３つのパラメータを算出することができる。従
って、小型、軽量、電池駆動の携帯可能なモニタを提供
できると共に、パラメータの信頼性が向上し、より精度
の良い運動判定や指針等を行うことができる。
量に基づいて、生体組織中の酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ
2 ）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の状態の変化及び血液
量（ＢＶ）の変化を、近赤外２波長吸光度変化量の一次
関数によって算出するので、光源は近赤外２波長の発光
ダイオードであるにもかかわらず、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、及
びＢＶの３つのパラメータを算出することができる。従
って、小型、軽量、電池駆動の携帯可能なモニタを提供
できると共に、パラメータの信頼性が向上し、より精度
の良い運動判定や指針等を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態に基づい
て説明する。その一実施形態に係る生体組織酸素モニタ
の構成ブロック図を図１に示す。このモニタは、生体の
任意の測定部位（組織）に光を照射する発光素子（近赤
外２波長の発光ダイオードＬＥＤ1 ，ＬＥＤ2 ）１と、
測定部位からの反射光を受光する受光素子（フォトダイ
オード等）２と、発光素子１の発光光量を制御する光量
制御回路（ＬＥＤ駆動回路）３と、受光素子２からの信
号を増幅するゲイン制御可能な増幅器４と、増幅器４の
出力を数値化するＡ／Ｄ変換回路５と、各部制御のため
のデータ、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、及びＢＶのパラメータ等の
記憶や演算処理等に使用されるメモリ６と、各部の制御
やパラメータの演算等を行うためのＣＰＵ（演算手段）
７と、パラメータの表示、各種指示等を表示する表示回
路（表示手段）８と、電源のＯＮ／ＯＦＦ、計測開始指
示、その他の指示をモニタに伝えるためのスイッチ９と
を備える。
て説明する。その一実施形態に係る生体組織酸素モニタ
の構成ブロック図を図１に示す。このモニタは、生体の
任意の測定部位（組織）に光を照射する発光素子（近赤
外２波長の発光ダイオードＬＥＤ1 ，ＬＥＤ2 ）１と、
測定部位からの反射光を受光する受光素子（フォトダイ
オード等）２と、発光素子１の発光光量を制御する光量
制御回路（ＬＥＤ駆動回路）３と、受光素子２からの信
号を増幅するゲイン制御可能な増幅器４と、増幅器４の
出力を数値化するＡ／Ｄ変換回路５と、各部制御のため
のデータ、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、及びＢＶのパラメータ等の
記憶や演算処理等に使用されるメモリ６と、各部の制御
やパラメータの演算等を行うためのＣＰＵ（演算手段）
７と、パラメータの表示、各種指示等を表示する表示回
路（表示手段）８と、電源のＯＮ／ＯＦＦ、計測開始指
示、その他の指示をモニタに伝えるためのスイッチ９と
を備える。
【０００９】発光素子１と受光素子２は、図２に示すよ
うに、光センサ部１０として一体に構成されている。こ
こでは、光センサ部１０は、例えば生体部位に装着する
ことのできるフレキシブルベルト１１を有し、このフレ
キシブルベルト１１に発光素子１としてのＬＥＤ1 とＬ
ＥＤ2 及び受光素子２が設けられたものである。ＬＥＤ
1 及びＬＥＤ2 は、それぞれ図３（要部拡大平面図）に
示すような構造になっている。即ち、ＬＥＤ1 及びＬＥ
Ｄ2 には、それぞれ近赤外の発光波長７６０ｎｍ及び８
４０ｎｍの計４個の近赤外ＬＥＤチップ（７６０ｎｍの
ものが３個、８４０ｎｍのものが１個）が、生体組織中
での波長に依存する減衰を考慮し、受光光量がバランス
よく計測できるようになるべく近接して配置されてい
る。なお、図３において、符号１２はガラスエポキシ基
板を、符号１３はワイヤパターンを表している。このＬ
ＥＤ1 、ＬＥＤ2 は、共に光量制御回路３に接続されて
いる。受光素子２は生体組織２０からの反射光を受光
し、受光信号は増幅器４で増幅される。
うに、光センサ部１０として一体に構成されている。こ
こでは、光センサ部１０は、例えば生体部位に装着する
ことのできるフレキシブルベルト１１を有し、このフレ
キシブルベルト１１に発光素子１としてのＬＥＤ1 とＬ
ＥＤ2 及び受光素子２が設けられたものである。ＬＥＤ
1 及びＬＥＤ2 は、それぞれ図３（要部拡大平面図）に
示すような構造になっている。即ち、ＬＥＤ1 及びＬＥ
Ｄ2 には、それぞれ近赤外の発光波長７６０ｎｍ及び８
４０ｎｍの計４個の近赤外ＬＥＤチップ（７６０ｎｍの
ものが３個、８４０ｎｍのものが１個）が、生体組織中
での波長に依存する減衰を考慮し、受光光量がバランス
よく計測できるようになるべく近接して配置されてい
る。なお、図３において、符号１２はガラスエポキシ基
板を、符号１３はワイヤパターンを表している。このＬ
ＥＤ1 、ＬＥＤ2 は、共に光量制御回路３に接続されて
いる。受光素子２は生体組織２０からの反射光を受光
し、受光信号は増幅器４で増幅される。
【００１０】次に、このように構成したモニタの動作に
ついて図４及び図５のフロー図を参照して説明するが、
本発明のモニタの特徴はＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶの３種の
パラメータを算出することに特徴があり、それ以外は従
来の装置と同様であるので、パラメータの算出を中心に
説明する。まず、ステップ（以下、ＳＴと略す）１で自
動ゲイン調整を行い、ＳＴ２で計測開始指示入力を行
う。
ついて図４及び図５のフロー図を参照して説明するが、
本発明のモニタの特徴はＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶの３種の
パラメータを算出することに特徴があり、それ以外は従
来の装置と同様であるので、パラメータの算出を中心に
説明する。まず、ステップ（以下、ＳＴと略す）１で自
動ゲイン調整を行い、ＳＴ２で計測開始指示入力を行
う。
【００１１】次いで、発光ダイオードによる近赤外２波
長光（７６０ｎｍ、８４０ｎｍ）のそれぞれに対する受
光素子の初期受光光量Ｉ0(760)，Ｉ0(840)の計測、ダー
ク値（dark）の計測、基準レベルの算出、それらのデー
タの記録を行う（ＳＴ３）。その後、実際の受光光量の
計測、ダーク値の計測、それらのデータの記録を行う
（ＳＴ４）。ここで、ダーク値（dark）はＬＥＤ1 ，Ｌ
ＥＤ2 等を全て消灯した時のバックグラウンド光量であ
る。
長光（７６０ｎｍ、８４０ｎｍ）のそれぞれに対する受
光素子の初期受光光量Ｉ0(760)，Ｉ0(840)の計測、ダー
ク値（dark）の計測、基準レベルの算出、それらのデー
タの記録を行う（ＳＴ３）。その後、実際の受光光量の
計測、ダーク値の計測、それらのデータの記録を行う
（ＳＴ４）。ここで、ダーク値（dark）はＬＥＤ1 ，Ｌ
ＥＤ2 等を全て消灯した時のバックグラウンド光量であ
る。
【００１２】続くＳＴ５では、吸光度（O.D.）を算出す
る。発光波長７６０ｎｍ及び８４０ｎｍの吸光度は、そ
れぞれＳＴ５に記載してあるような式で求められる。吸
光度を算出したなら、ＳＴ６で、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶ
のパラメータを算出する。各パラメータは、 Δ［ＨｂＯ2 ］：酸化ヘモグロビンの濃度変化量 Δ［Ｈｂ］ ：還元ヘモグロビンの濃度変化量 ΔＢＶ ：血液量の変化 ΔO.D.840 ：波長８４０ｎｍの吸光度変化量 ΔO.D.760 ：波長７６０ｎｍの吸光度変化量 とすると、次の演算式で与えられる。
る。発光波長７６０ｎｍ及び８４０ｎｍの吸光度は、そ
れぞれＳＴ５に記載してあるような式で求められる。吸
光度を算出したなら、ＳＴ６で、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶ
のパラメータを算出する。各パラメータは、 Δ［ＨｂＯ2 ］：酸化ヘモグロビンの濃度変化量 Δ［Ｈｂ］ ：還元ヘモグロビンの濃度変化量 ΔＢＶ ：血液量の変化 ΔO.D.840 ：波長８４０ｎｍの吸光度変化量 ΔO.D.760 ：波長７６０ｎｍの吸光度変化量 とすると、次の演算式で与えられる。
【００１３】 Δ［ＨｂＯ2 ］＝ΔO.D.840 −０．６６ΔO.D.760 ・・・・・・・・（１） Δ［Ｈｂ］ ＝０．５８（１．３７ΔO.D.760 −ΔO.D.840 ）・・（２） ΔＢＶ ＝０．４２ΔO.D.840 ＋０．１３ΔO.D.760 ）・・・（３） このパラメータの算出において、Δ［ＨｂＯ2 ］はこれ
までパラメータとして求められていなかったものであ
り、またΔ［Ｈｂ］とΔＢＶのパラメータの演算式にお
いて、０．５８、１．３７、０．４２、０．１３の係数
は、これまで例えばＡ，Ｂとして表していたが、Δ［Ｈ
ｂＯ2 ］の演算式の係数も含めて、これらの演算式
（１）〜（３）の全ての係数を実験的に求めたことが、
本発明の大きな特徴である。
までパラメータとして求められていなかったものであ
り、またΔ［Ｈｂ］とΔＢＶのパラメータの演算式にお
いて、０．５８、１．３７、０．４２、０．１３の係数
は、これまで例えばＡ，Ｂとして表していたが、Δ［Ｈ
ｂＯ2 ］の演算式の係数も含めて、これらの演算式
（１）〜（３）の全ての係数を実験的に求めたことが、
本発明の大きな特徴である。
【００１４】ＳＴ６で３つのパラメータを算出したら、
それらのパラメータ、即ちＨｂＯ2、Ｈｂ、ＢＶの変化
を表示し（ＳＴ７）、その後、このパラメータの算出処
理を終了するか否かを問い（ＳＴ８）、ＹＥＳなら例え
ば適当なスイッチを操作することにより処理を終了し、
処理を続ける場合はスイッチを操作することで、ＳＴ４
に戻り、同様の処理を繰り返し、３種のパラメータを算
出・表示する。
それらのパラメータ、即ちＨｂＯ2、Ｈｂ、ＢＶの変化
を表示し（ＳＴ７）、その後、このパラメータの算出処
理を終了するか否かを問い（ＳＴ８）、ＹＥＳなら例え
ば適当なスイッチを操作することにより処理を終了し、
処理を続ける場合はスイッチを操作することで、ＳＴ４
に戻り、同様の処理を繰り返し、３種のパラメータを算
出・表示する。
【００１５】ところで、前記したように、本発明はＨｂ
Ｏ2 、Ｈｂ、ＢＶの３種のパラメータを算出・表示する
ことが特徴であるが、それらのパラメータを与える上記
演算式（１）〜（３）を得た過程について、以下に説明
する。近赤外２波長光によりＨｂ、ＢＶの２種のパラメ
ータを算出・出力する装置はあるが、理論的には近赤外
２波長光によりＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶの３種のパラメー
タを算出することが可能であり、その具体的演算式を実
験により公知理論に基づいて求めた訳である。
Ｏ2 、Ｈｂ、ＢＶの３種のパラメータを算出・表示する
ことが特徴であるが、それらのパラメータを与える上記
演算式（１）〜（３）を得た過程について、以下に説明
する。近赤外２波長光によりＨｂ、ＢＶの２種のパラメ
ータを算出・出力する装置はあるが、理論的には近赤外
２波長光によりＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶの３種のパラメー
タを算出することが可能であり、その具体的演算式を実
験により公知理論に基づいて求めた訳である。
【００１６】まず、近赤外２波長光として波長λ1 ＝７
６０ｎｍのＬＥＤと波長λ2 ＝８４０ｎｍのＬＥＤの波
長に対する光強度は、図６に示す通りである。この波長
λ1，λ2 のＬＥＤを光源に使用する場合の光量計測の
直線性を、既知の吸光係数の吸収体としてインクを用い
て透過計測により求めた結果が図７である。図７は、イ
ンク濃度に対する波長７６０ｎｍと８４０ｎｍの吸光度
変化を示すもので、いずれも良好な直線性が得られてい
ることが分かる。又、これに併せて、電池動作時の計測
安定性を調べたが、計測６時間後の吸光度の変化は、波
長７６０ｎｍで±０．２２％、波長８４０ｎｍで±０．
７４％であり、計測は６時間後でも安定しており、計測
上の問題はない。
６０ｎｍのＬＥＤと波長λ2 ＝８４０ｎｍのＬＥＤの波
長に対する光強度は、図６に示す通りである。この波長
λ1，λ2 のＬＥＤを光源に使用する場合の光量計測の
直線性を、既知の吸光係数の吸収体としてインクを用い
て透過計測により求めた結果が図７である。図７は、イ
ンク濃度に対する波長７６０ｎｍと８４０ｎｍの吸光度
変化を示すもので、いずれも良好な直線性が得られてい
ることが分かる。又、これに併せて、電池動作時の計測
安定性を調べたが、計測６時間後の吸光度の変化は、波
長７６０ｎｍで±０．２２％、波長８４０ｎｍで±０．
７４％であり、計測は６時間後でも安定しており、計測
上の問題はない。
【００１７】演算式のうち、ＢＶはＨｂＯ2 とＨｂの和
により求めることができるので、求めるべき未知数はＨ
ｂＯ2 とＨｂの２つであり、これに２波長を適用すれば
方程式を解くことができる。即ち、方程式は次のように
なる。 ΔO.D.840 ＝ｋ1 Δ［ＨｂＯ2 ］＋ｋ1'Δ［Ｈｂ］ ΔO.D.760 ＝ｋ2 Δ［ＨｂＯ2 ］＋ｋ2'Δ［Ｈｂ］ ΔＢＶ ＝Δ［ＨｂＯ2 ］＋Δ［Ｈｂ］ これらの式から、次の式が導かれる。 Δ［ＨｂＯ2 ］＝ｋ｛ΔO.D.840 −（ｋ1'／ｋ2'）ΔO.D.760 ｝・・・（４） Δ［Ｈｂ］ ＝ｋ（ｋ2 ／ｋ2'）｛（ｋ1 ／ｋ2 ）ΔO.D.760 −ΔO.D.840 ｝ ・・・（５） ｋ＝ｋ2'／（ｋ1 ｋ2'−ｋ1'ｋ2 ）≡１ ここで、未知の係数はｋ1'／ｋ2'、ｋ1 ／ｋ2 、ｋ2 ／
ｋ2'となり、これらの係数は吸収係数、光路長が計算上
キャンセルされてディメンジョンを持たない意味のある
値となる。しかし、係数ｋは光路長の影響を受けるの
で、意味のある値を与えることはできず、便宜的に１と
する。
により求めることができるので、求めるべき未知数はＨ
ｂＯ2 とＨｂの２つであり、これに２波長を適用すれば
方程式を解くことができる。即ち、方程式は次のように
なる。 ΔO.D.840 ＝ｋ1 Δ［ＨｂＯ2 ］＋ｋ1'Δ［Ｈｂ］ ΔO.D.760 ＝ｋ2 Δ［ＨｂＯ2 ］＋ｋ2'Δ［Ｈｂ］ ΔＢＶ ＝Δ［ＨｂＯ2 ］＋Δ［Ｈｂ］ これらの式から、次の式が導かれる。 Δ［ＨｂＯ2 ］＝ｋ｛ΔO.D.840 −（ｋ1'／ｋ2'）ΔO.D.760 ｝・・・（４） Δ［Ｈｂ］ ＝ｋ（ｋ2 ／ｋ2'）｛（ｋ1 ／ｋ2 ）ΔO.D.760 −ΔO.D.840 ｝ ・・・（５） ｋ＝ｋ2'／（ｋ1 ｋ2'−ｋ1'ｋ2 ）≡１ ここで、未知の係数はｋ1'／ｋ2'、ｋ1 ／ｋ2 、ｋ2 ／
ｋ2'となり、これらの係数は吸収係数、光路長が計算上
キャンセルされてディメンジョンを持たない意味のある
値となる。しかし、係数ｋは光路長の影響を受けるの
で、意味のある値を与えることはできず、便宜的に１と
する。
【００１８】これらの未知の係数を実験的に求めるため
に、図８に示すような実験装置を使用した。この装置で
は、攪拌・加熱機４１を有する直径９ｃｍのポリエチレ
ン製の容器４０に、図示のような条件でイースト菌を含
む溶液８００ｍｌを入れると共に、図示のような特性の
血液を入れた。又、容器４０には、例えばバルブ４３を
介して酸素ボンベ４２により濃度１００％の酸素Ｏ2 を
導入した。容器４０の側面には、本発明のモニタ３０の
プローブ３１を取付け、モニタ３０をパソコン４４に接
続した。但し、プローブ３１は、波長７６０ｎｍ及び波
長８４０ｎｍのＬＥＤ1 ，ＬＥＤ2 、及び受光素子２か
らなる光センサ部１０をプローブとして構成したもので
ある。
に、図８に示すような実験装置を使用した。この装置で
は、攪拌・加熱機４１を有する直径９ｃｍのポリエチレ
ン製の容器４０に、図示のような条件でイースト菌を含
む溶液８００ｍｌを入れると共に、図示のような特性の
血液を入れた。又、容器４０には、例えばバルブ４３を
介して酸素ボンベ４２により濃度１００％の酸素Ｏ2 を
導入した。容器４０の側面には、本発明のモニタ３０の
プローブ３１を取付け、モニタ３０をパソコン４４に接
続した。但し、プローブ３１は、波長７６０ｎｍ及び波
長８４０ｎｍのＬＥＤ1 ，ＬＥＤ2 、及び受光素子２か
らなる光センサ部１０をプローブとして構成したもので
ある。
【００１９】この実験は、２種類の散乱強度で行い、散
乱強度は、予め既知の吸光係数の吸収体としてインクを
用いて、Lambert-Beer則に基づいた光路長測定を行い、
ＤＰＦ（Differential Pathlength Factor）で３と６に
なるようにintralipid（milk）の濃度を決定することに
より設定した。これは、生体組織での散乱強度範囲をほ
ぼ包含する。この２種類の散乱体濃度で血液量を変化さ
せて、本発明のモニタによる拡散反射光量計測を行っ
た。但し、運動時のような血液量の変化が大きい場合で
の検討もする意味から、血液量変化幅は組織量に対する
ヘマトクリットで０〜２．５％程度とした。
乱強度は、予め既知の吸光係数の吸収体としてインクを
用いて、Lambert-Beer則に基づいた光路長測定を行い、
ＤＰＦ（Differential Pathlength Factor）で３と６に
なるようにintralipid（milk）の濃度を決定することに
より設定した。これは、生体組織での散乱強度範囲をほ
ぼ包含する。この２種類の散乱体濃度で血液量を変化さ
せて、本発明のモニタによる拡散反射光量計測を行っ
た。但し、運動時のような血液量の変化が大きい場合で
の検討もする意味から、血液量変化幅は組織量に対する
ヘマトクリットで０〜２．５％程度とした。
【００２０】この実験結果から血液濃度と各係数との関
係（intralipid，１％，３０％）を図９のグラフに示
す。この図９からも明らかなように、各係数は必ずしも
一定値にはならず、吸収、散乱によって変動する結果が
得られた。そのため、安静時（全組織量に対するヘマト
クリット１％）を基準にして各係数を算出し、散乱強度
の強い場合と弱い場合の平均値として各係数を決定し
た。この結果を図１０の表に示す。
係（intralipid，１％，３０％）を図９のグラフに示
す。この図９からも明らかなように、各係数は必ずしも
一定値にはならず、吸収、散乱によって変動する結果が
得られた。そのため、安静時（全組織量に対するヘマト
クリット１％）を基準にして各係数を算出し、散乱強度
の強い場合と弱い場合の平均値として各係数を決定し
た。この結果を図１０の表に示す。
【００２１】図１０の表によると、 ｋ1'／ｋ2'＝０．６６ ｋ1 ／ｋ2 ＝１．３７ ｋ2 ／ｋ2'＝０．５８ であり、これらの係数を前記式（４），（５）に代入す
ると、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶのパラメータ演算式（１）
〜（３）が得られる。
ると、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶのパラメータ演算式（１）
〜（３）が得られる。
【００２２】得られた演算式（１）〜（３）を用いた本
発明のモニタによる計測例（intralipid，１％）の結果
を血液濃度と吸光度変化との関係で図１１に示す。図１
１によると、クロストークも殆どなく、直線性良く計測
されている。又、腕でのオクルージョンテストの計測例
の結果を時間と吸光度変化との関係で図１２に示す。静
脈閉塞（venous occlusion）では血液量（ＢＶ）が増加
し、またそれに伴い酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と還
元ヘモグロビン（Ｈｂ）の量も増加している。全閉塞
（occlusion ）では血液量が変化せず、酸化ヘモグロビ
ンの減少、還元ヘモグロビンの増加が観測され、生体に
おいても酸化及び還元ヘモグロビンの状態変化、並びに
血液量の変化をそれぞれ分離して計測できることが確認
できる。
発明のモニタによる計測例（intralipid，１％）の結果
を血液濃度と吸光度変化との関係で図１１に示す。図１
１によると、クロストークも殆どなく、直線性良く計測
されている。又、腕でのオクルージョンテストの計測例
の結果を時間と吸光度変化との関係で図１２に示す。静
脈閉塞（venous occlusion）では血液量（ＢＶ）が増加
し、またそれに伴い酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と還
元ヘモグロビン（Ｈｂ）の量も増加している。全閉塞
（occlusion ）では血液量が変化せず、酸化ヘモグロビ
ンの減少、還元ヘモグロビンの増加が観測され、生体に
おいても酸化及び還元ヘモグロビンの状態変化、並びに
血液量の変化をそれぞれ分離して計測できることが確認
できる。
【００２３】
【発明の効果】本発明の生体組織酸素モニタでは、以上
説明したように、受光素子の受光量に基づいて、生体組
織中の酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と還元ヘモグロビ
ン（Ｈｂ）の状態の変化及び血液量（ＢＶ）の変化を、
近赤外２波長吸光度変化量の一次関数によって算出する
ので、光源は近赤外２波長の発光ダイオードであるにも
かかわらず、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、及びＢＶの３つのパラメ
ータを算出することができる。従って、小型、軽量、電
池駆動の携帯可能なモニタを提供できる。
説明したように、受光素子の受光量に基づいて、生体組
織中の酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と還元ヘモグロビ
ン（Ｈｂ）の状態の変化及び血液量（ＢＶ）の変化を、
近赤外２波長吸光度変化量の一次関数によって算出する
ので、光源は近赤外２波長の発光ダイオードであるにも
かかわらず、ＨｂＯ2 、Ｈｂ、及びＢＶの３つのパラメ
ータを算出することができる。従って、小型、軽量、電
池駆動の携帯可能なモニタを提供できる。
【００２４】又、生体組織モデルで生体での散乱を実際
に有り得る範囲で２種類に変動させると共に、血液量も
大きく変動させた実験からＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶの各パ
ラメータの演算式を求めているので、散乱を変化させず
に血液量の変化幅も小さい状態で求めている従来と比べ
て、パラメータの信頼性が向上し、例えば運動モニタ装
置等ではより精度の良い運動判定や指針等を行うことが
できる。
に有り得る範囲で２種類に変動させると共に、血液量も
大きく変動させた実験からＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶの各パ
ラメータの演算式を求めているので、散乱を変化させず
に血液量の変化幅も小さい状態で求めている従来と比べ
て、パラメータの信頼性が向上し、例えば運動モニタ装
置等ではより精度の良い運動判定や指針等を行うことが
できる。
【図１】一実施形態に係る生体組織酸素モニタの構成ブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】同モニタにおける発光素子及び受光素子で構成
される光センサ部を示す図である。
される光センサ部を示す図である。
【図３】同モニタにおける発光素子及び受光素子で構成
される光センサ部の要部拡大平面図である。
される光センサ部の要部拡大平面図である。
【図４】同モニタの動作（パラメータの算出処理）を示
すフロー図である。
すフロー図である。
【図５】図４に続くフロー図である。
【図６】近赤外２波長（７６０ｎｍ，８４０ｎｍ）の発
光ダイオードの波長と光強度との関係を示す図である。
光ダイオードの波長と光強度との関係を示す図である。
【図７】近赤外２波長（７６０ｎｍ，８４０ｎｍ）の発
光ダイオードの発光に対するインク濃度と吸光度変化と
の関係を示す図である。
光ダイオードの発光に対するインク濃度と吸光度変化と
の関係を示す図である。
【図８】パラメータの演算式を求めるのに使用した実験
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図９】同実験装置により得られた実験結果から血液濃
度とパラメータ演算式の各係数との関係を示す図であ
る。
度とパラメータ演算式の各係数との関係を示す図であ
る。
【図１０】同実験装置による実験結果から求まる各係数
の値を示す図である。
の値を示す図である。
【図１１】本発明のモニタを用いた計測例を血液濃度と
吸光度変化との関係で示す図である。
吸光度変化との関係で示す図である。
【図１２】本発明のモニタを用いた腕でのオクルージョ
ンテストの結果を時間と吸光度変化との関係で示す図で
ある。
ンテストの結果を時間と吸光度変化との関係で示す図で
ある。
１ 発光素子 ２ 受光素子 ７ ＣＰＵ（演算手段） ８ 表示回路（表示手段） ＬＥＤ1 波長７６０ｎｍ，８４０ｎｍのＬＥＤチッ
プを配置したもの ＬＥＤ2 波長７６０ｎｍ，８４０ｎｍのＬＥＤチッ
プを配置したもの
プを配置したもの ＬＥＤ2 波長７６０ｎｍ，８４０ｎｍのＬＥＤチッ
プを配置したもの
Claims (2)
- 【請求項１】生体組織に近赤外２波長の光を照射する発
光ダイオードと、生体組織からの反射光を受光する受光
素子と、この受光素子の受光量に基づいて、生体組織中
の酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2 ）と還元ヘモグロビン
（Ｈｂ）の状態の変化及び血液量（ＢＶ）の変化を、近
赤外２波長吸光度変化量の一次関数によって算出する演
算手段と、算出された酸化・還元状態の変化及び血液量
の変化を表示する表示手段とを備えることを特徴とする
生体組織酸素モニタ。 - 【請求項２】前記ＨｂＯ2 、Ｈｂ、ＢＶの変化は、それ
ぞれ次の演算式で算出されることを特徴とする請求項１
記載の生体組織酸素モニタ。 Δ［ＨｂＯ2 ］＝ΔO.D.840 −０．６６ΔO.D.760 Δ［Ｈｂ］ ＝０．５８（１．３７ΔO.D.760 −ΔO.
D.840 ） ΔＢＶ ＝０．４２ΔO.D.840 ＋０．１３ΔO.D.
760 ） 但し、Δ［ＨｂＯ2 ］：酸化ヘモグロビンの濃度変化量 Δ［Ｈｂ］ ：還元ヘモグロビンの濃度変化量 ΔＢＶ ：血液量の変化 ΔO.D.840 ：波長８４０ｎｍの吸光度変化量 ΔO.D.760 ：波長７６０ｎｍの吸光度変化量
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28521295A JP3422149B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | 生体組織酸素モニタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28521295A JP3422149B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | 生体組織酸素モニタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09122105A true JPH09122105A (ja) | 1997-05-13 |
| JP3422149B2 JP3422149B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=17688563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28521295A Expired - Fee Related JP3422149B2 (ja) | 1995-11-01 | 1995-11-01 | 生体組織酸素モニタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3422149B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11006865B2 (en) | 2015-12-08 | 2021-05-18 | Anthony Filice | Determining viability for resuscitation |
-
1995
- 1995-11-01 JP JP28521295A patent/JP3422149B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11006865B2 (en) | 2015-12-08 | 2021-05-18 | Anthony Filice | Determining viability for resuscitation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3422149B2 (ja) | 2003-06-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |