JP2019130070A - 生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトなプローブ構成でありながら、ＳｐＯ２以外の他の生体情報も測定可能な生体情報測定装置を提供すること。【解決手段】生体情報測定装置１０は、測定部位に向けて測定光を出射する測定光出射部と測定部位を透過した測定光の透過光又は反射光を入射する透過／反射光入射部とを有し、測定部位に装着されるプローブ１００と、少なくとも赤色光及び近赤外光を含む光を発光する多波長光源２１０と、透過／反射光に基づいて複数種類の生体情報を求める演算部２２０と、多波長光源２１０とプローブ１００との間、及び、プローブ１００と演算部２２０との間に設けられ、多波長光源２１０で得られた光をプローブ１００に送るとともに、プローブ１００で得られた透過／反射光又は透過／反射光に基づく電気信号を演算部２２０に送る、光ケーブル３００と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報測定装置に関し、例えば動脈血酸素飽和度（以下、単にＳｐＯ_２あるいは酸素飽和度という）を測定可能な生体情報測定装置に関する。

ＳｐＯ_２を測定可能な生体情報測定装置としてパルスオキシメータが広く普及している。パルスオキシメータは、動脈血における総ヘモグロビンに対する酸素化ヘモグロビンの割合を表す動脈血酸素飽和度を非侵襲的に測定することができる医療機器である（例えば特許文献１、２参照）。

パルスオキシメータは、指、足趾又は耳朶等の測定部位にプローブを装着するように構成されている。このプローブには、発光ダイオード等の発光素子と、フォトダイオード等のフォトディテクターとが設けられている。

そして、赤色光を発光する発光素子と近赤外光を発光する発光素子を交互に発光させることにより、測定部位に向けて赤色光と近赤外光とを交互に照射し、測定部位を透過し又は測定部位から反射した光をフォトディテクターによって検出する。なお、一般にＳｐＯ_２測定における赤色光とは６６０ｎｍ±５ｎｍで定義され、近赤外光とは８００〜９５０ｎｍで定義される。よって、本明細書における赤色光及び近赤外光はこの範囲の光を意味するものとする。

パルスオキシメータは、フォトディテクターにより得た透過光又は反射光の検出信号を用いて酸素飽和度を算出する。具体的には、動脈血の脈拍に同期する光検出レベルの変動を赤色光の場合と近赤外光の場合とで対比し、その比から酸素飽和度を算出する。パルスオキシメータは、算出した動脈血酸素飽和度を表示部に表示する。

パルスオキシメータのプローブとしては、例えば指先に装着可能なケース内に発光部と受光部が設けられて構成されたものがある。また、シート状の基材に発光部と受光部が設けられた構成のものもある（例えば特許文献３、４参照）。

特開２００１−７８９９０号公報 特開２０１５−１０７１５２号公報 米国特許第５，８００，３４９号明細書 特開２００４−３２９６０７号公報 特開２０１１−２０９２６５号公報 特開２００２−６５６４５号公報 特開２０１７−２０５２６４号公報

ところで、プローブは被検者の指先などに装着されるので、可能な限りコンパクトであることが好ましい。

また、従来のパルスオキシメータにおいては、赤色光と近赤外光を所定のタイミングで交互に発光させることが要求されているが、赤色光と近赤外光とを交互に発光させずに同時に発光させてもＳｐＯ_２を測定できれば、発光駆動回路を簡単化できるので好ましい。

さらに、ＳｐＯ_２以外の他の生体情報も測定できれば、非常に便利であると考えられる。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、コンパクトなプローブ構成でありながら、ＳｐＯ_２以外の他の生体情報も測定可能な生体情報測定装置を提供する。

本発明の生体情報測定装置の一つの態様は、
測定部位に向けて測定光を出射する測定光出射部と、前記測定部位を透過又は反射した前記測定光の透過／反射光を入射する透過／反射光入射部とを有し、測定部位に装着されるプローブと、
少なくとも赤色光及び近赤外光を含む光を発光する多波長光源と、
前記透過／反射光に基づいて複数種類の生体情報を求める演算部と、
前記多波長光源と前記プローブとの間、及び、前記プローブと前記演算部との間に設けられ、前記多波長光源で得られた光を前記プローブに送るとともに、前記プローブで得られた前記透過／反射光又は前記透過／反射光に基づく電気信号を前記演算部に送る、光ケーブルと、
を有する。

本発明によれば、プローブに光ケーブルによって多波長光源を接続するようにしたので、コンパクトなプローブ構成でありながら、ＳｐＯ_２以外の他の生体情報も測定可能な生体情報測定装置を実現できる。

実施の形態に係る生体情報測定装置の全体構成を示す概略図 プローブの構成例を示す斜視図

＜１＞本発明に至った経緯
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明に至った経緯について説明する。

本発明の発明者は、先ず、以下の点に着目した。
従来のパルスオキシメータにおいては、発光部は赤色光を発光するＬＥＤと近赤外光を発光するＬＥＤとで構成され、受光部は生体を透過又は反射してきたこれらの光を検出する１つのＰＤ（Photo-Diode）で構成されている。このように受光部が１つのＰＤで構成されているため、赤色光と近赤外光が同時にＰＤへ入射すると赤色光と近赤外光との区別ができなくなるので、赤色光と近赤外光を交互（正確には赤色光→消灯→近赤外光→消灯→・・・）に光らせている。

その結果、従来のパルスオキシメータにおいては、赤色光と近赤外光のＬＥＤを交互に発光させるため、各色での測定は同時には行えず、例えば数ｍ秒の遅延が生じるので、その分だけ測定精度が低下する欠点がある。また、赤色光と近赤外光のＬＥＤを所定のタイミングで交互に光らせる必要があるので、ＬＥＤの動作回路が複雑になる欠点がある。

そこで、本発明の発明者は、赤色光と近赤外光との両方の光を含むような多波長光源を用いるとともに、赤外光のみを検出する第１のフォトディテクターと近赤外光のみを検出する第２のフォトディテクターとを設ければ、発光部の駆動回路を簡単化しつつ、従来と同様のＳｐＯ_２測定を実現できると考えた。

さらに、折角、指にプローブを装着しているのであるから、ＳｐＯ_２ばかりでなく、例えば皮膚の水分量や、血糖値、脂質なども測定できれば、一括して複数の生体情報を得ることができ、非常に便利な生体情報測定装置を実現できると考えた。そこで、多波長光源として、ＳｐＯ_２ばかりでなく、例えば皮膚の水分量や、血糖値、脂質なども測定できる光源を用いることにした。

本発明の発明者は、このような多波長光源としてハロゲンランプ又はキセノンランプを用いることにした。ハロゲンランプは一般に略３５０〜３５００ｎｍ程度の非常に広い有効波長をもつ。因みに、キセノンランプも略１８５〜２０００ｎｍ程度の広い有効波長をもつ。なお、ハロゲンランプは上記有効波長の範囲内でなだらかな発光強度となるので、ハロゲンランプを用いればキセノンランプよりも良好な生体情報の測定を行うことができる。

例えば特許文献５には、１１００〜２４００ｎｍの波長の近赤外線を使用して、皮膚水分量を測定する装置が記載されている。

また、例えば特許文献６には、ハロゲンランプを用いて波長１０００〜２５００ｎｍを含む光を発光し、この波長１０００〜２５００ｎｍの光を２分割して、それぞれを人体照射とリファレンスに使用することで、グルコースと他のノイズ成分の信号を分離し、血糖値を評価する非侵襲血糖計が記載されている。

また、例えば特許文献７には、７５０ｎｍ以上の第１の光と、第１の光よりも短く９００ｎｍ以下の光とを用いて、血中脂質濃度を測定する装置が記載されている。

このようにハロゲンランプなどの多波長光源を用いれば、ＳｐＯ_２ばかりでなく、例えば皮膚の水分量や、血糖値、脂質なども測定可能となる。しかし、ハロゲンランプなどの多波長光源は、サイズが大きく、指先などの人体に装着するプローブに搭載するのはほぼ不可能である。

そこで、本発明の発明者は、プローブと多波長光源とを別体に構成し、プローブと多波長光源とを光ケーブルによって接続すれば、プローブを大型化させずに、ＳｐＯ_２を含む様々な生体情報を光学的に測定できると考え、本発明に至った。

＜２＞実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係る生体情報測定装置１０の全体構成を示す概略図である。生体情報測定装置１０は、被検者の指先に装着されるプローブ１００と、生体情報モニター２００と、プローブ１００と生体情報モニター２００とを接続する光ケーブル３００と、を有する。光ケーブル３００としては例えば光ファイバーケーブルが用いられる。光ケーブル３００は、コネクタ（図示せず）を介してプローブ１００及び生体情報モニター２００に挿抜可能に接続される。

生体情報モニター２００は、多波長光源２１０及び演算部２２０を有する。

多波長光源２１０は少なくとも赤色光及び近赤外光を含む光を発光する。具体的には、本実施の形態の多波長光源２１０はハロゲンランプである。本実施の形態の生体情報測定装置１０は、ＳｐＯ_２に加えて、皮膚の水分量や、血糖値、脂質などといった複数の生体情報を光学的に測定することを目的としているので、多波長光源２１０は、ＳｐＯ_２が良好に測定できるような赤色光（例えば、波長６６０［ｎｍ］）及び近赤外光（例えば、波長９４０［ｎｍ］）の光を含むことに加えて、他の生体情報を良好に測定できる波長の光を含むものである。例えば、皮膚水分量も測定しようとする場合には１１００〜２４００ｎｍの波長を含む多波長光源２１０を設ければよく、血糖値も測定しようとする場合には１０００〜２５００ｎｍの波長を含む多波長光源２１０を設ければよく、血中脂質濃度を測定しようとする場合には７５０〜９００ｎｍの波長を含む多波長光源２１０を設ければよい。

多波長光源２１０の光は、光ケーブル３００を介してプローブ１００に送られる。

プローブ１００は、被検者の指先に装着される。プローブ１００は、測定部位に向けて測定光を出射する測定光出射部と、測定部位を透過した測定光の透過光を入射する透過光入射部と、を有する。プローブ１００の構成については後述する。なお、本実施の形態においては主に測定部位を透過した透過光に基づいて生体情報を求める場合について述べるが、測定部位を反射した反射光に基づいて生体情報を求めてもよい。したがって、以下の記述における「透過」は「反射」と読み換えることができる。さらに、プローブが装着される測定部位は指先に限らず、身体の他の部位であってもよい。

プローブ１００の透過光入射部に入射された透過光は、光ケーブル３００を介して生体情報モニター２００の演算部２２０に送られる。

演算部２２０は、透過光に基づいて生体情報を求める。具体的には、演算部２２０は、透過光に基づいて、ＳｐＯ_２に加えて、皮膚の水分量、血糖値及び又は脂質を求める。勿論、演算部２２０は、透過光だけでなく多波長光源２１０の光も用いて生体情報を求めてもよい。演算部２２０による生体情報の求め方は、既に従来から知られている種々の方法を適用可能であるため、ここでは簡単に説明する。

演算部２２０は、分光センサー（図示せず）を有し、光ケーブル３００から送られてきた透過光に含まれる波長のうち、求めようとする生体情報の演算に必要な波長成分を分光センサーによって抽出し、抽出した波長成分を用いた演算により生体情報を求めるようになっている。なお、演算部２２０は、光電変換部（図示せず）を有し、光ケーブル３００から送られてきた透過光に含まれる波長のうち、求めようとする生体情報の演算に必要な波長成分をフィルタリングや分析などの方法によって抽出し、抽出した波長成分を用いた演算により生体情報を求めるようにしてもよい。例えば、生体情報としてＳｐＯ_２を求める場合には、演算部２２０は、透過光に含まれる波長成分のうち、例えば波長６６０ｎｍの赤色光のレベルと波長９４０ｎｍの近赤外光のレベルとを抽出し、それらに基づいて所定の演算を行うことでＳｐＯ_２を算出する。

生体情報モニター２００は、演算部２２０によって求めた複数の生体情報を表示部２３０に表示する。

図２は、プローブ１００の構成例を示す斜視図である。プローブ１００は、シート状の基材１１０の一面に、測定部位に向けて測定光を出射する測定光出射部１２０と、測定部位を透過した測定光の透過光を入射する透過光入射部１３０と、が設けられている。基材１１０の面のうち、この測定光出射部１２０及び透過光入射部１３０が設けられた一面は粘着面となっており、プローブ１００はこの粘着面の粘着力により図１に示したような状態で被検者の指先に装着される。プローブ１００の装着状態において、測定光出射部１２０は爪の生え際付近に当接するように配置され、透過光入射部１３０は爪とは反対側の指の腹に当接するように配置される。

測定光出射部１２０は、光ケーブル３００より送られてきた多波長の測定光を出射する窓と、窓の方向に測定光を向けるミラーなどの光学系と、有する。透過光入射部１３０は、指を透過した透過光を入射する窓と、窓から入射した透過光を光ケーブル３００の方向に向けるミラーなどの光学系と、を有する。

このようなプローブ１００を用いることにより、光ケーブル３００より送られてきた多波長の測定光を所定の測定部位に照射できるとともに、測定部位を透過した測定光の透過光を光ケーブル３００に入射させることができるようになる。

ここで、プローブ１００を使い捨てタイプのプローブとするためには、例えば、基材１１０に光ケーブル３００を挿抜可能なコネクタ（図示せず）を設ければよい。

なお、本実施の形態では、プローブ１００によって得られた透過光を光ケーブル３００を介して演算部２２０に送り、演算部２２０が光電変換を行う場合について述べたが、光電変換はプローブ１００側で行うようにしてもよい。例えば、プローブ１００の透過光入射部１３０を、フォトディテクターのような光電変換機能を有するデバイスによって構成する。この場合には、光ケーブル３００は、光電変換された電気信号を演算部２２０に送る電線を有する。

具体的には、ＳｐＯ_２を測定する機能を持たせるためには、プローブ１００は、測定部位を透過した透過光を受光し当該透過光に含まれる赤色光を検出する第１のフォトディテクターと、測定部位を透過した透過光を受光し当該透過光に含まれる近赤外光を検出する第２のフォトディテクターと、を有し、光ケーブル３００は、多波長光源２１０の光を伝送する光ケーブルに加えて、第１及び第２のフォトディテクターにより得られた電気信号を伝送する電線を有する、構成とすればよい。つまり、求めようとする生体情報に応じて必要な波長成分は異なるので、求めようとする生体情報に必要な波長成分のみをプローブ１００側で抽出してから演算部２２０に送るようにすればよい。

ただし、実施の形態のように、プローブ１００がフォトディテクターを有さずに、透過光を光のまま光ケーブル３００に送る構成とし、演算部２２０側に光電変換部（フォトディテクター）を設ける構成とすれば、プローブ１００を使い捨てタイプとする場合に有利となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、測定部位に向けて測定光を出射する測定光出射部１２０と、測定部位を透過した測定光の透過光を入射する透過光入射部１３０とを有し、測定部位に装着されるプローブ１００と、少なくとも赤色光及び近赤外光を含む光を発光する多波長光源２１０と、透過光に基づいて複数種類の生体情報を求める演算部２２０と、多波長光源２１０とプローブ１００との間、及び、プローブ１００と演算部２２０との間に設けられ、多波長光源２１０で得られた光をプローブ１００に送るとともに、プローブ１００で得られた透過光又は透過光に基づく電気信号を演算部２２０に送る、光ケーブル３００と、を設けたことにより、コンパクトなプローブ構成でありながら、ＳｐＯ_２以外の他の生体情報も測定可能な生体情報測定装置を実現できる。

特に、ＳｐＯ_２を測定する際には、多波長光源を用いているので、赤色光と近赤外光を所定のタイミングで交互に発光させる必要がなくなり、光源の駆動回路を簡単化できる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

上述の実施の形態では、プローブ１００が粘着面を有するシート状の基材によって形成されている場合について述べたが、プローブはこれに限らず、指先を覆うケースによって形成されており、その内部に測定光出射部及び透過光入射部を設けるようにしてもよい。

また上述の実施の形態では、プローブ１００が指に装着されるタイプである場合について述べたが、本発明はこれに限らず、プローブ部は例えば足趾又は耳朶等の測定部位に装着するタイプのものであってもよい。

さらに上述の実施の形態では、多波長光源２１０及び演算部２２０を生体情報モニター２００に設けた場合について述べたが、多波長光源２１０は生体情報モニターとは別の位置に設けてもよい。ただし、実施の形態のように多波長光源２１０及び演算部２２０の両方を生体情報モニター２００に設けるようにすれば、測定部位への光照射と、生体情報モニター２００への透過／反射光の取込とを、１本の光ケーブルで行うことができるといったメリットがある。

本発明は、コンパクトなプローブ構成でありながら、ＳｐＯ_２以外の他の生体情報も測定可能な生体情報測定装置を実現できるといった効果を得ることができ、例えば生体情報モニターと連携して用いられる。

１０ 生体情報測定装置
１００ プローブ
１１０ 基材
１２０ 測定光出射部
１３０ 透過光入射部
２００ 生体情報モニター
２１０ 多波長光源
２２０ 演算部
２３０ 表示部
３００ 光ケーブル

Claims (8)

1. 測定部位に向けて測定光を出射する測定光出射部と、前記測定部位を透過又は反射した前記測定光の透過／反射光を入射する透過／反射光入射部とを有し、測定部位に装着されるプローブと、
   少なくとも赤色光及び近赤外光を含む光を発光する多波長光源と、
   前記透過／反射光に基づいて複数種類の生体情報を求める演算部と、
   前記多波長光源と前記プローブとの間、及び、前記プローブと前記演算部との間に設けられ、前記多波長光源で得られた光を前記プローブに送るとともに、前記プローブで得られた前記透過／反射光又は前記透過／反射光に基づく電気信号を前記演算部に送る、光ケーブルと、
   を有する生体情報測定装置。
2. 前記演算部は、前記透過／反射光に基づいて、ＳｐＯ_２及びそれとは別の生体情報を得ることが可能とされている、
   請求項１に記載の生体情報測定装置。
3. 前記複数の生体情報には、皮膚の水分量、血糖値、又は脂質が含まれる、
   請求項２に記載の生体情報測定装置。
4. 前記多波長光源及び前記演算部は、生体情報モニターに設けられており、
   前記光ケーブルは、前記プローブと前記生体情報モニターとの間に接続される、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
5. 前記多波長光源は、ハロゲンランプ又はキセノンランプである、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
6. 前記プローブは、前記透過／反射光を光のまま前記光ケーブルに送る、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
7. 前記プローブは、
   前記透過／反射光を受光し、当該透過／反射光に含まれる赤色光を検出する第１のフォトディテクターと、
   前記透過／反射光を受光し、当該透過／反射光に含まれる近赤外光を検出する第２のフォトディテクターと、
   を有し、
   前記光ケーブルは、
   前記多波長光源の光を伝送する光伝送線路に加えて、前記第１及び第２のフォトディテクターにより得られた電気信号を伝送する電線を有する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
8. 前記プローブは、
   シート状の基材と、
   前記基材に設けられ、前記光ケーブルを挿抜可能なコネクタと、
   を有する、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。

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