JPS6361923A - 光信号測定装置の異常信号検出回路 - Google Patents

光信号測定装置の異常信号検出回路

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JPS6361923A
JPS6361923A JP61206972A JP20697286A JPS6361923A JP S6361923 A JPS6361923 A JP S6361923A JP 61206972 A JP61206972 A JP 61206972A JP 20697286 A JP20697286 A JP 20697286A JP S6361923 A JPS6361923 A JP S6361923A
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signal
light
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Kenji Hamaguri
謙治 蛤
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

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] 本発明は光信号測定装置の異常信号検出回路に関する。
[従来の技術] 第6図は第1の従来例の光信号測定回路の回路図であり
、第6図において、Dlは光信号を受光するフォトダイ
オードD1であり、フォトダイオードD、のアノードは
演算増幅器OP +の反転入力端子に接続されろとと乙
に、フォトダイオードD1のカソードは演算増幅器OP
 、の非反転入力端子及びアースに接続されろ。また、
rIX算増幅器OP1の非反転入力端子は、抵抗R1及
びコンデンサCIの並列回路を介して演算増幅器OP 
、の出力端子に接続され、演算増幅器OP、の出力端子
がこの光信号測定回路の出力端子6Iとなっている。
ここで、演算増幅器OP1、抵抗R3及びコンデンサC
1で構成される回路は、抵抗R1及びコンデンサC1の
各定数で定まる所定の周波数特性を有する増幅回路を構
成しており、フォトダイオードD、に例えば一定の周期
を有するl析続ずろ光信号が人力した場合、光信号測定
回路の出力端子61には、第7図(a)に示すように、
上記光信号の光度に比例し光電変換された周期パルス電
圧Voが得られる。
また、光信号を出力する発光グイオートの発光タイミン
グに同期して、光信号の光電変換信号をアナログ・ディ
ノタル変換(以下、A / D変換という。)し、A/
D変換された信号を出力する光信号測定装置を備えた酸
素計のプローブ監視システム(以下、第2の従来例とい
う。)が、特開昭60−174135号公報に提案され
ている。
[発明が解決しようとする問題点] 上述の第1の従来例において外来雑音がフォトダイオー
ドD、に入力された場合、第6図の光信号測定回路の出
力端子6[には、′:57図(b)に示すように、外来
雑音がない場合の出力パルス電圧に、電圧ランダムに変
動する外来雑音か重畳し、この出力される外来雑音電圧
によって、この光信号測定回路の後段に接続される信号
処理表示回路(図示せず)において誤って信号を検出し
表示するおそれがあった。また、受光される光信号以外
にその光信号のレベルよりら大きいレベルを有する過大
な光信号か第6図のフォトダイオードDIに入力した場
合、上記光信号測定回路が飽和し、入力された光信号に
比例する電気信号を出力できず、従って、−1−述の信
号処理表示回路において、上述と同様に誤って信号を検
出し表示するおそれがあった。
さらに、第2の従来il+において、例えば過大な光信
号が人力した場合、その光信号を検出するためには、発
光ダイオードが発光する毎に光電変換信号をA/D変換
し、そのディジタル変換出力からその信号が正しい信号
であるか否かを判定するU路を必要とするので、回路構
成が複雑になるという問題点があった。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、外来雑音又は過
入力の光信号等の異常信号を検出することができ、しか
ら部用な回路構成で実現できる光信号測定装置の異常信
号検出回路を提供することにある。
[問題点を解決しようとする手段] 本発明は、光信号を電気信号に変換する光電変換手段と
、上記電気信号を予め設定された基糸レベルと比較しそ
の比較結果の+11報を出力する手段を備え、上記基へ
j<レベルが外来雑音レベル又は」二足光電変換手段の
飽和出力レベルであることを特徴とする。
[作用] 」二足光電変換手段によって光電変換された電気信号が
、例えば外来雑音レベル又は上記光電変換手段の飽和出
力レベルであるJ+li 3Aレベルと比較され、もし
電気信号か基孕レベルを超えでいるならば、異常信号の
検出情報を出力ずろ。
[実施例] 第4図は本発明の一実施例であるオキシメータ装置のブ
ロック図であり、このオキシメータ装置δは、所定の光
信号を受光し光電変換する回路の後段に、異常な光信号
の受光を検出する異常信号検出回路を有することを特徴
としている。
第4図において、オキシメータ装置はプローブ1と装置
本体3て構成され、装;ξ本体3内には、後述するプロ
ーブl内の受光素子25の出力を処理する信号処理回路
7、信号処理回路7の出力を選択するマルチプレクサ8
、マルチプレクサ8の出力をディノタル信号に変換する
A/D変換器9、動脈血の酸素飽和度5aOpや脈拍数
の演算、及び後述する表示部13や操作部14等の制御
を行なうCPIjlOlROMII、nAMI2、演算
された動脈血の酸素飽和度SaO2や(脈拍数等を表示
する表示jl< 13、アラームレベルや測定モーI・
・表示モードを選択するための操作部1・1、アラーム
音および脈拍音を発する音声出力部15、専用プリンタ
やデータアナライザとデータの↑受受および脈拍波形を
出力する入出力部16、測定値を記憶するための着脱可
能なICカート2とデータの授受を行なうIcカード入
入出印部17時計部18、及び発光ダイオード(以下、
LEDという。)20.21を点灯1−るためのL E
 I)駆動部19、そして各部にTLFAを供給する電
源部100か、それぞれ設けられている。そして、装置
本体3にはプローブlh<″6脱自在に接続される。
プローブ1は、G60nm付近の赤色光を発−)−ろ赤
色発光ダイオード(以下、IλI、 CI)という。)
20.940 nm付近の赤外線光を発する赤外線発光
ダイオード(以下、I flLEDという。)21、I
λL r> D 20またはIRLED21の温度に対
応したj’X ”’fを出力する温度検出部22、RL
EI)20におけろ660r+m付近の発光強度に対十
ろ900nm付近の発光強度に対応した信号を出力する
有害光レベル出力部23、スポット測定用プローブか連
続測定用プローブかを判別するための信号を出力するプ
ローブ識別出力部24、IILED20およびIRLE
D21から発せられて、生体60を通った光を受光して
その強度に応じた信号を出力するフォトダイオードにて
なる受光素子25から構成される。
次に、信号処理回路7の詳細な説明を行なう前に、本実
施例における動脈血の酸素飽和度5aOzの測定原理に
ついて説明する。波長λ、およびλ。
の光が生体60に照射されたとき、生体60を通ったそ
れぞれの波長の光の強度11.12は、! += IO
+XTt+X aOt exp[−g+ ((EIO−Elll) X −+ 
Elll) X Cd+△d)]OQ ・・・・・・・(1) Ix= Io、xTttx aOz exp[−g、((E20− E211) x −+ 
Edl) X Cd+△d)]QG ・・・・・・・・(2) で表わされる。
但し、ここて、 1o’+:  波長λ、の入射光強度 lot:  波長λ2の入射光強度 E 、 O:  波長λ8に15ける酸化ヘモグロビン
の吸光係数 E、0.波長λ、におけろ酸化ヘモグロビンの吸光係数 E、 I−1波長λ、におけるヘモグロビンの吸光係数 E ffi I−1:  波長λ、におけるヘモグロビ
ンの吸光係数 Tt、 :  波長λ1における動脈血以外の組織の透
過率 Tt2・ 波長λ2におけろ動脈血以外の組織の透過率 d ・ 動脈血層の厚さの時間平均値 △d : 動脈血層の厚さの時間的変動成分5alt:
動脈血の酸素飽和度 g+42:  利得係数 である。
ここで、生体60の通過後の各波長の光の強度1、、I
2の直流成分を、それぞれI、DC9r2Dcとし、l
og(1、DC/ 1 +)およびlog(12DC/
 I −)をそれぞれTJ 1. (J 2とすると、
U、、tJ、はそれぞれ近似的に、 a12 U+=g+・((E、0− E211)−十E、+1)
・△d・・・・・・・(3) alt u2=g2・((E20− E211)= + E2+
1)・△d0G ・・・・・・・(4) て表わされる。また、ここて、Ul、U2をそれぞれl
og I +、Iog I 2の時間的変動成分として
(3X4 )式で得られ、更に、I、、+2の時間的に
変動成分をそれぞれへIl、Δ12としたとき、U 、
U 2をそれぞれへl +/ T 、DC,△I 2/
 (tDcとして求めてら(3X4)式が得られる。そ
して、(3)(4)式を5a12について解くことによ
り次式が得られろ。
K + (U l/ U t ) ’ + K 2Sa
Ov−X I  O0 K3([Jl/[2)2+−に4 ・   ・(5) (5)式から動脈血の酸素飽和度S a O2が求めら
れろ。ここで、K、、に、、に、、に、はそれぞれ波長
λ1.λ、によって決まる定数である。本実施例では、
波長^1およびλ2として、それぞれ660M付近およ
び940nm付近の波長を用いている。
さらに、本実施例におけろ装置本体3の信号処理回路7
の構成を第5図を用いて説明−4−ろ。
本実施例では、光源として、上述のように、660nm
付近の波長の赤色光を発するRLEI)20と940 
nm付近の波長の赤外線光を発ずろ[RLED21とか
用いられている。各しEl)20.21は、それぞれc
pUtoに内蔵されろ発振回路から出力されるタイミン
グパルスに従って制御されるLED駆動部19によって
駆動され、ここでL ED駆動部19は、周期か同一で
あって位相差か90°異なりデユーティ比50%の2系
rjtlの駆動周期パルスを各LED20.2+に出力
し、各LED20.2+を駆動する。各LED20,2
+から発せられた光は生体60を通って減衰され、受光
素子25に受光される。受光素子25は入射した光の強
度に応じた電流を出力し、この出力電流は光電交換回路
37により電圧に変換され、スイッチS、の端子a、及
び、詳細後述する異常信号検出回路55に出力される。
ここで、装置本体3が測定モードに設定されているとき
、スイツチSlは端子a1に接続され、従って、光電変
換回路37の出力は増幅器38により増幅された後、R
同期整流部39およびIR面同期整流40に入力される
。R同期整流部39及びIR面同期整流40は1.、 
E D駆動部19から出力される2系列の駆動周期パル
スに同期して、人力された光電変換信号を整流する。す
なわち、R同量整流部39は、IILED20が発光し
ている門人力信号を等倍に増幅し、RLED20が発光
していない門人力信号を−1倍に増幅する。同様に、[
1同期整流部・10は、IRLED2+が発光している
門人力信号を等倍に増幅し、IflLED2■が発光し
ていない門人力信号を一1倍に増幅する。したかって、
各同期整流部39.40の出力は、その時間平均をとる
と、それぞれRL E D 20のみ及びIRLEI)
21のみから発せられて生体60を通って受光素子25
に入射した光の強度に対応する。ゆえに、Rローパスフ
ィルタ4IおよびTRローパスフィルタ42の出力は、
それぞれ生体60を通った660nm付近の光の強度お
よび9・10nm付近の光の強度に対応する。この様に
して受光素子25に入射した光による信号をそれぞれの
波長のみに対応した信号に分離する場合、各LED20
.21の駆動周波数を適切に選ぶことによって外乱光の
影響を除去できる。
本実施例では、第5図の周波数判別部53は使用されて
いる商用電源周波数を判別し、その出力に応してCPU
l0が各LED20.21の駆動周波数を約(60の整
数倍+30)Hz(商用電源周波数が60112のとき
)、または約(50の整数倍+25)Hz(商用電源周
波数が50 T−1zのとき)に設定する。
さらに、Rローパスフィルタ、1 tおよびTRローパ
スフィルタ42の出力は、マルチプレクサ8を介してA
/D変換器9てA/D変換され、CP(Jloに人力さ
れろ。CPUl0はRローパスフィルタ41の出力とT
Rローパスフィルタ42との出力の比を求める。そして
、その比が所定の範囲内に入るようにLrED駆動部1
9を制御し、RLED20の発光強度およびIRLED
2+の発光強度を調整する。これによってRローパスフ
ィルタ・11の出力のS / N比とTRローパスフィ
ルタ42の出力のS / N比とがほぼ等しくなり、信
号処理上好ましい状態に保つことができる。
第5図において、CPUl0はRローパスフィルタ41
の出力およびTr(ローパスフィルタ42の出力が所定
の範囲内になるように増幅器38のゲインを調節する。
また、TRローパスフィルタ42の出力は、本体3の外
部に出力される信号ラインS、Iに接続されている。更
に、Rローパスフィルタ111およびTRローパスフィ
ルタ112の出力は、それぞれRログアンプ43及びI
Rログアンプ44に接続されており、それらの後段に接
続されたRバイパスフィルタ+45、Rバイパスフィル
タ[47およびIRバイパスフィルタ146、I iバ
イパスフィルタ1147を経て、マルチプレクサ8に入
力される。また、Rバイパスフィルタ1147およびI
 RバイパスフィルタH4,8の出力はそれぞれR反転
増幅器49およびIn反転増幅器50を介してらマルチ
プレクサ8に入力される。
ここで、Rバイパスフィルタ[47またはIRバイパス
フィルタllI48の出力が正のときは、マルチプレク
サ8を介してそれらの出力かA/D変換器9によってA
/D変換されるが、ギエ記出力か負の場合は、各反転増
幅器4−9 、50の出)jか7\/D変換され、CP
Ul0に出力される。さらに、前記Rローパスフィルタ
41及びTRローパスフィルタ42の出力、Rバイパス
フィルタ1147の出力またはR反転増幅器・19の出
力、I INバイパスフィルタ1L48の出力またはI
n反転増幅器50の出力が、A/D変換器9によってそ
れぞれ所定のサンプリング周期でA/D変換され、CI
) U I0に出力される。
動脈血の酸素飽和度5altは、R同量整流部39とI
R同同期点流部40おいて、RLED20からの光によ
る信号とIRLED21からの光による信号とに分離す
る際の誤差がない場合、CPU1Oに入力される測定値
と上述の(5)式により求めることができる。しかしな
がら、受光素子25および光電変換回路37の応答速度
が遅い場合、R同期整流部3つの出力には[tLIED
2+からの光による信号がクロストークとして混入ずろ
また、IR同同期点流部40出力にも同様にIILED
20からの光による信号がクロストークとして混入ずろ
本実施例では、本体3の?ti源スイッチ36がオンさ
れた直後に、CPUl0は第5図に示すスイッチS1並
びにスイッチS2a及びS、bをそれぞれボジンヨンa
z、 bR2,b T R2にセットして、較正信号部
A51および較正信号部B52の出力を用いてクロスト
ークを測定記憶し、その後にスイッチSt、S2a及び
S2bをそれぞれボジンヨンal+blL、、blR,
にセットして、動脈血の酸素飽和度5aOzを求めろ際
に先に記憶したクロスI・−りを公知の通り補正してい
る。
第11図及び第5図のように構成したオキンメータ装置
によjいて、プローブl内に挿入された生体60の動脈
血の酸素飽和度5aOzがCPUl0に入力された測定
値に基づいてCPUl0によってniX算され表示部1
3に表示される。
第1図は第5図の光電変換回路37及び、本発明に係る
異常信号検出回路55の回路図であり、第1図において
、第4図、第5図及び第6図と同一のらのについては同
一の符号を付している。
第1図において、第5図のRL E D 20及びIf
lLED2+から生体60を通過して人力される各光信
号を受光するフォトダイオードにてなる受光素子25と
接続される光電変換回路37は、第6図の第1の従来例
の光信号測定回路と同一の114成と作用を有し、その
光電変換回路37の出力端子61は、第5図のスイッチ
S1のalに接続されるとともに、毘常信号検出回路5
5内のコンパレータOP、の非反転入力端子及びコンパ
レータOP sの反転入力端子に接続される。
コンパレータOP2の反転入力端子は直流電圧Vb1の
電池71の正極に接続され、その7ri池71の負極は
アースに接続される。ここで、電圧Vb。
は例えば外来雑音のピーク電圧に設定される。また、コ
ンパレータOP2の出力端子は抵抗R2を介して直t&
電源V’ccに接続されるとともに、オアケートORの
第1の入力端子に接続される。このコンパレータOP2
と電池71とでしきい値電圧vb、[v]を有する第1
の比較回路を構成しており、第7図(a)に示すような
、電圧レベルがo[、vコ以下であって所定の周Mのパ
ルスが光電変換回路37の出力端子からコンパレータO
P2の非反転入力端子に入力される場合、もしくは電圧
レベルが0[71以上の電圧が入力されない場合におい
て、コンパレータOP 2の出力端子は所定の負電圧で
あるしレベルとなる。一方、第2図(a)に示すような
」二足所定の周期パルスに電圧レベルVbl[V]を超
える外来雑音が重畳されている場合、コンパレータOP
、はその入力端子が電圧レベルvb、[v3を超える毎
に、第2図(b)に示すように所定の1丁、174圧で
あるIIレベルの信号をその出力端子に出力する。
また、コンパレータOP3の非反転入力端子は直流電圧
vb、のTL池72の負極に接続され、その電池72の
正極はアースに接続される。ここで、電圧vb、は光電
変換回路37の飽和レベルに設定される。さらに、コン
パレータOP、の出力端子は抵抗R3を介して直流電源
Vccに接続されるととらに、オアゲートORの第2の
入力端子に接続されろ。このコンパレータOP、と電池
72てしきい値電圧Vb、を有する第2の比較回路を構
成しており、第3図(b)の期間81に示すような、電
圧レベルが電圧Vb2[Vl以下である負電圧の所定周
期のパルスが光電変換回路37の出力端子からコンパレ
ータ0■〕3の非反転入力端子に人力されろ場合、もし
くは何ら信号が入力されない場合に、rjいて、コンパ
レータOP3の出力端子は所定のf1電圧であるしレベ
ルとなる。なお、第3図(a)は受光素子25の受光状
況を示している。
一方、第3図(b)の期間82に示すような、絶対電圧
が電圧Vb、[V]を超えろような電圧がコンパレータ
OP3の反転入力端子に入力されている場合、コンパレ
ータOP 3はその入力電圧がvbz[”]以下となる
毎に、第3図(C)に示すように所定の正Ft圧である
14レベルの信号をその出力端子に出力4−る。
さらに、オアゲートORの出力端子はRSフリップフロ
ップFI)のセット入力端子Sに接続され、まfこその
リセット入力端子RはCI”[310に接続され、さら
にその出力端子QはCI)010に接続されろ。」二連
したように、第1の比較回路によって外来雑音等を検出
したとき、又は第2の比較回路によって過大人力を検出
したとき、オアゲートORの出力はI−ルベルとなり、
RSフリップフロップFFがセット状態となり、その出
力端子Q h< 1゜レベルからtlレベルとなる。C
PUl0は所定の周(υ1でRSSフリップフロップF
F出力端子か1ルベルであるかどうか凋ぺ、もしI−ル
ベルであるとき、うが常信号を検出しているとして、動
脈血の酸?:飽和度5altを計算するためにCPLt
lO内に人力された測定値をクリアする等の所定の異常
検出時の処理を行った後、CP(JIOはRSフリップ
フロップF’Fのリセット入力端子INにI−ルベル信
号を出力し、RSフリップフロップFI?’をリセット
する。
以上説明したように、第1図の異常信号検出回路55を
オキンメータ装置に備えることによって、受光素子25
に外来雑音等が人力した場合又は過入力の光信号が入力
した場合において、それを検出してその情報をCPUl
0に出力することができろ。これによって、CPUl0
がその際に人力された測定データが誤データと判断する
ことにより、動脈血の酸素飽和度5aOzの誤った測定
を防止することができるという利点がある。
11図の実施例においては、コンパレータOP tによ
ろて構成され外来雑音等を検出する第1の比較回路と、
コンパレータOP 3によって構成され過大人力の光信
号を検出する第2の比較回路とを備えているが、オアゲ
ートORを省略し上記2つの比較回路のうちいずれか1
つの比較回路のみを備えるよう(こして乙よい。
[発明の効果J 以上詳述したように本発明によれば、光電変換された電
気信号を予め設定された基準レベルと比較しその比較結
果の情報を出力する手段を備えfこのて、基やレベルを
超える例えば外来雑音又は過大な光信号等の異常信号が
人力したことを検出するができろとともに、その異常信
号検出回路を簡単な回路構成で実現することができると
いう利点かある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるオキンメータ装置の光
電変換回路と異常信号検出回路の回路図、第2図及び第
3図は第1図の光電変換回路の各部波形を示すタイミン
グチャート、 第4図は」二足オキンメータ装置の全体の構成を示すブ
ロック図、 第5図は上記オキンメータ装置の信号処理回路の構成を
示すブロツク図、 第6図はi;f=米例の光信号測定回路の回路図、第7
図は第6図の回路の各部波形を示すタイミングチャート
である。 25・・・受光素子、  71.72・・・電池、OP
 +・・・演算増幅器、 OPz、OPJ・・・コンパレータ、 fl、、1”t、、R,・・・抵抗、 C0・・コンデンサ。 特許出願人 ミノルタカメラ味式会社 代 理 人 弁理士 前出 葆 外2名寞2図 宜3図 第6図 需7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、 上記電気信号を予め設定された基準レベルと比較しその
    比較結果の情報を出力する手段を備え、上記基準レベル
    が外来雑音レベル又は上記光電変換手段の飽和出力レベ
    ルであることを特徴とする光信号測定装置の異常信号検
    出回路。
JP61206972A 1986-09-02 1986-09-02 光信号測定装置の異常信号検出回路 Pending JPS6361923A (ja)

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