JPWO2014188906A1 - 触診用近赤外酸素濃度センサ - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献5には、容積脈波を求めるために、手指に光センサを取り付ける技術が記載されている。しかしながら、特許文献5は、触診部位の酸素濃度を測定するものではないため、複数波長光源や使用者の手指側の酸素濃度情報の遮断などについて記載されていない。また、特許文献5は血圧計であるため、圧力センサが必須である。
使用者の手指の第一関節より先端側の指腹に取り付けられ、触診時に触診対象部位の酸素濃度を測定するための触診用近赤外酸素濃度センサであって、
前記指腹に取り付けられる基材と、
前記基材に設けられ、近赤外光を含む少なくとも2波長の光を被検体に照射する発光手段と、
前記基材に設けられ、前記発光素子から前記被検体を経由した測定光を受光する受光手段と、
少なくとも前記発光手段又は前記受光手段と前記指腹との間に設けられる遮光手段と、
を有する
触診用近赤外酸素濃度センサ。
前記指腹は手指の第一関節より先端側で爪とは反対側の面で指紋がある部分である。
前記基材は平板状の基板が好適に用いられ得るが、これに限定されるものではない。
前記発光手段はLEDが好適に用いられ得るが、これに限定されず、光ファイバなどで外部から導光しても構わない。
前記発光手段から照射される光の波長は735nm及び870nmが好適に用いられ得るが、体内組織中の酸素濃度が測定できるものであればこれに限定されるものではない。
前記受光手段はフォトダイオード又はフォトトランジスタが好適に用いられ得るが、これに限定されず、光ファイバなどを介在させて受光素子を離れたところに配置しても構わない。
前記遮光手段については、使用者の指からの測定光を受光しないようにできれば材質は何でもよく、例えば黒色のゴム材などが用いられる。また、前記遮光手段は前記基材と別に設けても良いし、前記基材そのものが遮光性能を有していても良い。
前記発光手段は1つでも良いし、複数でもよい。また、前記受光手段も1つでも良いし、複数でもよい。
前記最小距離は、発光手段又は受光手段が複数ある場合は、最も距離の小さい発光手段と受光手段との組み合わせ間の距離であり、発光手段又は受光手段が所定の面積を有している場合は、発光手段と受光手段の端部間の最小距離である。
前記最大距離は、発光手段又は受光手段が複数ある場合は、最も距離の大きい発光手段と受光手段との組み合わせ間の距離であり、発光手段又は受光手段が所定の面積を有している場合は、発光手段と受光手段の端部間の最大距離である。
前記触診用近赤外酸素濃度センサの被検体と接触する面は、平坦でも良いし、発光手段や受光手段などが突出した凹凸構造を有していても良い。センサ表面が凹凸構造を有していると、触診の際に体毛(胎児の頭髪など)をかき分けて発光手段及び受光手段を被検体表面に接触させることができ、操作性が増す。一方で、測定対象部位によってはセンサ表面は平坦の方が良い場合もあり、用途に応じて最適な方を選択すれば良い。
前記受光手段からの測定光に基づいて、前記被検体の酸素化ヘモグロビン濃度、脱酸素化ヘモグロビン濃度及び酸素飽和度の少なくともいずれか1つを算出する演算手段を有する。
前記発光手段及び前記受光手段の合計が3個以上であり、
前記演算手段は、複数の発光手段−受光手段間距離の測定光に基づいて、前記被検体の酸素化ヘモグロビン濃度、脱酸素化ヘモグロビン濃度及び酸素飽和度の少なくともいずれか1つを算出する。
発光手段と受光手段はそれぞれ1個以上あるので、発光手段と受光手段の合計が3個以上となる組み合わせは、発光手段が1個で受光手段が複数個、発光手段が複数個で受光手段が1個、又は、発光手段も受光手段も複数個があり得る。発光手段と受光手段の組み合わせは、好ましくは発光手段が1個で受光手段が複数個、さらに好ましくは発光手段が1個で受光手段が2個である。発光手段が複数個だと発光手段自体の素子のばらつきの影響を受けやすくなるので発光手段は1個で受光手段を複数個とするのが好ましい。
前記発光手段と前記受光手段との間の最小距離が3mm以上であり、最大距離が15mm以下である。
前記基材を前記指腹に固定する固定手段を有する。
前記固定手段は、前記基材と前記指腹とを相対的に固定できるものであれば何でも良い。好適例としては、粘着テープにより固定する、バンドにより固定する、指に嵌める指サックに基材を固定する、などがある。また、前記固定手段が前記遮光手段を兼ねていても良い。
少なくとも、前記基材、前記発光手段及び前記受光手段を含む部分はディスポーザブルである。
本発明のセンサは被検体の体腔内に挿入して用いられ得るため、少なくとも体腔内に挿入する部分についてはディスポーザブルにすることにより感染症の危険を防ぐことができる。
前記触診用近赤外濃度センサは近赤外光を透過する手袋を着用して使用されるものであり、
前記演算手段は、前記手袋による測定光への影響をキャンセルする手段を有する。
近赤外光を透過する手袋は、例えば、透明又は白色で、プラスチック製やビニール製が用いられ得る。
手袋を着用するとセンサ部と測定対象部位との間に手袋が介在することになる。パルスオキシメータでは脈動による変動分を算出しているので手袋による影響をキャンセルできる。空間的傾きSを用いる演算では、発光手段と受光手段とが十分に離れていれば(3mm以上)、手袋による光の吸収量は距離に依存しなくなるので、複数の発光手段−受光手段間距離の測定光から手袋による影響を取り除くことができる。
前記発光手段及び前記受光手段に接続される信号ケーブルにはフラットケーブルが用いられる。
図3に示すように、センサ本体1は使用者(医師等)の手指の指腹13(第一関節よりも先端側)に収まる形状及び大きさであり、使用者の指腹13に固定される。センサ本体1からはフレキシブルなフラットケーブル7が導出されており、指の付け根より手のひら側のコネクタ(図示せず)に接続されている。フラットケーブルは指背を通すことも可能である。センサ本体1が使用者の指腹13に収まる形状及び大きさであるので、使用者は触診による感覚や操作性を損なうことなく、触っている部位の酸素濃度を測定することができる。実際に使用する際には、診察などに用いられる手袋を着用して使用する。手袋は近赤外線を透過できるものであれば良く、透明、半透明、白色のものが用いられる。
遮光体3は、使用者の指の酸素濃度情報がセンサ本体1に届かないようにするためものである。センサ本体1は薄く、また使用者の指に取り付けられるため、使用者の指に発光素子4からの光が照射されてしまう可能性がある。照射された光が受光素子5で受光されると使用者の酸素濃度情報も混ざってしまう。そのために、センサ本体1と使用者の指腹との間に遮光体3を設けて、使用者の指からの光情報を遮蔽する。使用者の指からの測定光が受光素子5に届かなければ良いため、発光素子4の裏側だけを遮蔽する、受光素子5の裏側だけを遮蔽する、基板2の裏面全面を遮蔽するなどの種々の配置が考えられる。また、基板2に遮光材料を用いることで基板2自体が遮光体を兼ねても良い。本実施形態では、遮光体3の材質として黒色のゴム材を用いているが、遮光性能をもつ材質であればこれに限られない。
受光素子5は、本実施形態ではフォトダイオードを用いており、発光素子4と第1受光素子5aとの間(第1距離d1)は約6mm、発光素子4と第2受光素子5bとの間(第2距離d2)は約8mmである。受光素子5は、被検体内部からの光を受光できるものであれば何でも良い。
遮光壁6は、発光素子4と受光素子5との間に設けられ、発光素子4からの直接光が受光素子5で検出されるのを防ぐためのもので、本実施形態では、発光素子4に近い側に第1遮光壁6aが配置されており、第1受光素子5aに近い側に第2遮光壁6bが配置されている。
発光素子4から照射された光は、手袋12内の光路a0を通過し、被検体の組織に照射される。被検体の組織に照射された光は、組織内で吸収・散乱されて光路b1及び光路b2を経由し、手袋12内の光路a1及び光路a2を通過して、第1受光素子5a及び第2受光素子5bで受光される。図面では便宜上、光路b1及び光路b2を線状に記載しているが、実際には組織内を散乱しながら伝搬していくので光路は複雑である。遮光体3は使用者の指側に設けられ、発光素子4からの照射光が使用者の指組織を伝搬して受光素子5に導かれることを防いでいる。
第1受光素子5aでの受光強度をI1、第2受光素子5bでの受光強度をI2、発光素子4と第1受光素子5aとの間の距離をd1、発光素子4と第2受光素子5bとの間をd2とすると、空間的傾きSは、
S=ln(I1/I2)/(d2−d1) …(1)
で定義される。
d1及びd2は既知であるので、測定によりI1とI2の比を求めれば、空間的傾きSが求まる。空間的傾きSが求まれば、ルックアップテーブルなどを用いて組織内の光の吸収係数が求まるため、波長別の吸収係数を求めれば、酸素化ヘモグロビン濃度と脱酸素化ヘモグロビン濃度が算出でき、酸素化ヘモグロビン濃度と脱酸素化ヘモグロビン濃度の比である酸素飽和度も算出できる。なお、本実施形態では従来に比べて発光素子4と受光素子5との間の距離が短いため(例えば、15mm以下)、輸送理論を利用した改良アルゴリズムを利用しても良い。
Claims (8)
- 使用者の手指の第一関節より先端側の指腹に取り付けられ、触診時に触診対象部位の酸素濃度を測定するための触診用近赤外酸素濃度センサであって、
前記指腹に取り付けられる基材と、
前記基材に設けられ、近赤外光を含む少なくとも2波長の光を被検体に照射する発光手段と、
前記基材に設けられ、前記発光素子から前記被検体を経由した測定光を受光する受光手段と、
少なくとも前記発光手段又は前記受光手段と前記指腹との間に設けられる遮光手段と、を有する
触診用近赤外酸素濃度センサ。 - 前記受光手段からの測定光に基づいて、前記被検体の酸素化ヘモグロビン濃度、脱酸素化ヘモグロビン濃度及び酸素飽和度の少なくともいずれか1つを算出する演算手段を有する
請求項1記載の触診用近赤外酸素濃度センサ。 - 前記発光手段及び前記受光手段の合計が3個以上であり、
前記演算手段は、複数の発光手段−受光手段間距離の測定光に基づいて、前記被検体の酸素化ヘモグロビン濃度、脱酸素化ヘモグロビン濃度及び酸素飽和度の少なくともいずれか1つを算出する
請求項1又は2記載の触診用近赤外酸素濃度センサ。 - 前記発光手段と前記受光手段との間の最小距離が3mm以上であり、最大距離が15mm以下である
請求項1乃至3いずれか記載の触診用近赤外酸素濃度センサ。 - 前記基材を前記指腹に固定する固定手段を有する
請求項1乃至4いずれか記載の触診用近赤外酸素濃度センサ。 - 少なくとも、前記基材、前記発光手段及び前記受光手段を含む部分はディスポーザブルである
請求項1乃至5いずれか記載の触診用近赤外酸素濃度センサ。 - 前記触診用近赤外濃度センサは近赤外光を透過する手袋を着用して使用されるものであり、
前記演算手段は、前記手袋による測定光への影響をキャンセルする手段を有する
請求項1乃至6いずれか記載の触診用近赤外酸素濃度センサ。 - 前記発光手段及び前記受光手段に接続される信号ケーブルにはフラットケーブルが用いられる
請求項1乃至7いずれか記載の触診用近赤外酸素濃度センサ。
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