JP3270917B2 - 酸素飽和度測定装置、血中吸光物質濃度測定装置および生体信号処理方法 - Google Patents
酸素飽和度測定装置、血中吸光物質濃度測定装置および生体信号処理方法Info
- Publication number
- JP3270917B2 JP3270917B2 JP12134694A JP12134694A JP3270917B2 JP 3270917 B2 JP3270917 B2 JP 3270917B2 JP 12134694 A JP12134694 A JP 12134694A JP 12134694 A JP12134694 A JP 12134694A JP 3270917 B2 JP3270917 B2 JP 3270917B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- blood
- regression line
- living body
- regression
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title claims description 78
- 239000008280 blood Substances 0.000 title claims description 78
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims description 31
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 21
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims description 21
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims description 14
- 208000028867 ischemia Diseases 0.000 claims description 24
- 230000000302 ischemic effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 12
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 12
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 8
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- MOFVSTNWEDAEEK-UHFFFAOYSA-M indocyanine green Chemical group [Na+].[O-]S(=O)(=O)CCCCN1C2=CC=C3C=CC=CC3=C2C(C)(C)C1=CC=CC=CC=CC1=[N+](CCCCS([O-])(=O)=O)C2=CC=C(C=CC=C3)C3=C2C1(C)C MOFVSTNWEDAEEK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229960004657 indocyanine green Drugs 0.000 description 4
- 108010064719 Oxyhemoglobins Proteins 0.000 description 2
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 108091005880 Hemoglobin F Proteins 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 108010047389 hemoglobin D Proteins 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000002496 oximetry Methods 0.000 description 1
- 210000005259 peripheral blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000011886 peripheral blood Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6825—Hand
- A61B5/6826—Finger
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—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
- 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
- A61B5/14551—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 for measuring blood gases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6838—Clamps or clips
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/02—Operational features
- A61B2560/0204—Operational features of power management
- A61B2560/0209—Operational features of power management adapted for power saving
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
環器系の診断に用いられる酸素飽和度測定装置、血中吸
光物質濃度測定装置および生体信号処理方法の改良に関
する。
種装置としてパルスオキシメータやこのパルスオキシメ
ータの原理を用いた血中吸光物質濃度測定装置がある。
の光で生体の組織透過光を測定し組織透過光の脈動が組
織内の動脈血の実効的な厚みの変化によるものであると
して脈波の振幅の波長による差異に基づいて、複数の血
中吸光物質の濃度比を計算するものである。従って上記
のように血中吸光物質の濃度比を求めるには脈波の振
幅、すなわち、脈波の最大値、最小値を認識する必要が
あった。しかし脈波は体動や生理的な要因による末梢血
液量の変化があると変動が大きく、最大値、最小値の認
識は容易ではなく、そのため精度が低くなるおそれがあ
った。
の原理で無侵襲連続測定するには、パルスオキシメータ
の原理でヘモグロビン濃度と血中色素濃度との比を求
め、これと、別に求めた血中ヘモグロビン濃度を組み合
わせて血中色素濃度の値を得る。
理は脈波の振幅値に基づいて血中吸光物質の濃度を計算
するものである。しかし色素希釈曲線の初循環部分では
血中色素濃度が急速に変化するから、得られた血中色素
濃度を平滑化することは許されない。従って例えば色素
希釈曲線を求める対象である患者の循環状態が悪くて脈
波の振幅が小である場合には、脈波の1個毎から得た血
中色素濃度値の信頼性は低くなり、色素希釈曲線の形状
も乱れたものになる。
でなく脈波の信号全体を用いることが考えられる。ここ
で、もし組織内の血液が無くなったならば実現するであ
ろう透過光強度を虚血レベルと呼ぶ。組織透過光の脈動
からこの虚血レベルを計算することができる。この虚血
レベルと実際の組織透過光とから血液による減光度が求
まり、2波長の血液減光度の時間的変化から色素希釈曲
線を求めることができる。この手法は既に開示されてい
る(特開昭63−165757号参照)。
ータ、あるいは血中吸光物質濃度測定装置が用いるデー
タは組織透過光の脈動における最大値と最小値であっ
た。その値は前記のように脈波の振幅が小である場合に
は信頼性の低いものとなる。さらに、従来法では前記最
大値、最小値を認識するために、脈波信号の細かなサン
プリングを必要としたため、光発生手段のLED点灯の
ための消費電力が大きいという欠点があった。
曲線の出現前と出現後の2つの時点の組織透過光強度の
信号が必要である。この色素希釈曲線の出現後の時点に
おいて、血中色素濃度の変化速度が充分に安定であるこ
とが必要である。どの時点が妥当であるかをあらかじめ
決めると、それは充分に遅い時点にならざるを得ず、従
って血中色素濃度の非常に低い時点となり、虚血レベル
を精度良く求めることはできない。
なされたもので、その目的は測定精度が高く、低消費電
力の酸素飽和度測定装置および血中吸光物質濃度測定装
置を提供することである。
は、生体に異なる2つの波長の光を照射する光発生手段
と、この光発生手段から発生し前記生体を透過したそれ
ぞれの光を電気信号に変換する受光手段と、この受光手
段の2つの出力の複数の時点における値に基づいてそれ
ぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回帰直線を求
める回帰直線計算手段と、この回帰直線計算手段が求め
た直線の傾きを求める傾き計算手段と、この傾き計算手
段が求めた傾きに基づいて動脈血中の酸素飽和度を計算
する酸素飽和度計算手段とを具備する構成となってい
る。
つの波長の光を照射する光発生手段と、この光発生手段
から発生し前記生体を透過したそれぞれの光を電気信号
に変換する受光手段と、この受光手段の2つの出力の複
数の時点における値に基づいてそれぞれの大きさを縦
軸、横軸とする座標上の回帰直線を求める回帰直線計算
手段と、この回帰直線計算手段が求めた直線の傾きを求
める傾き計算手段と、この傾き計算手段が求めた傾きに
基づいて動脈血中の血中吸光物質濃度を計算する血中吸
光物質濃度計算手段とを具備する構成となっている。
つの波長の光を照射する光発生手段と、この光発生手段
から発生し前記生体を透過したそれぞれの光を電気信号
に変換する受光手段と、この受光手段の2つの出力の複
数の時点における値に基づいてそれぞれの大きさを縦
軸、横軸とする座標上の回帰直線を少くとも2つの期間
についてそれぞれ求める回帰直線計算手段と、この回帰
直線計算手段が求めた少くとも2つの回帰直線の延長上
の交点に基づいて前記生体を透過した光の虚血レベルを
求める虚血レベル計算手段と、この虚血レベル計算手段
が求めた虚血レベルと前記受光手段の2つの出力から各
波長の透過光の血液減光度を求める血液減光度計算手段
と、この血液減光度計算手段が求めた血液減光度に基づ
いて血中吸光物質濃度を求める濃度計算手段とを具備す
る構成となっている。
の装置において、虚血レベル計算手段は、少なくとも2
つの回帰直線の交点であって、前記少なくとも2つの回
帰直線の一方は色素注入前の期間における回帰直線であ
り、前記少なくとも2つの回帰直線の他方は色素注入後
の期間における回帰直線である交点を逐次求め、その交
点のバラツキが所定範囲内となったときにその中心点を
虚血レベルとして決定することを特徴とする。
体に異なる2つの波長の光を照射し、前記生体を透過し
たそれぞれの光を電気信号の生体信号に変換し、これら
の生体信号を処理する生体信号処理方法であって、前記
2つの生体信号の複数の時点における値に基づいてそれ
ぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回帰直線を求
める第1のステップと、前記第1のステップで求めた回
帰直線の傾きを求める第2のステップと、前記第2のス
テップで求めた傾きに基づいて動脈血中の酸素飽和度を
計算する第3のステップとを有することを特徴とする。
体に異なる2つの波長の光を照射し、前記生体を透過し
たそれぞれの光を電気信号の生体信号に変換し、これら
の生体信号を処理する生体信号処理方法であって、前記
2つの生体信号の複数の時点における値に基づいてそれ
ぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回帰直線を求
める第1のステップと、前記第1のステップで求めた回
帰直線の傾きを求める第2のステップと、前記第2のス
テップで求めた傾きに基づいて動脈血中の血中吸光物質
濃度を計算する第3のステップとを具備する。
体に異なる2つの波長の光を照射し、前記生体を透過し
たそれぞれの光を電気信号の生体信号に変換し、これら
の生体信号を処理する生体信号処理方法であって、前記
2つの生体信号の複数の時点における値に基づいてそれ
ぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回帰直線を少
くとも2つの期間についてそれぞれ求める第1のステッ
プと、前記第1のステップで求めた少くとも2つの回帰
直線の延長上の交点に基づいて前記生体を透過した光の
虚血レベルを求める第2のステップと、前記第2のステ
ップで求めた虚血レベルと前記2つの生体信号から各波
長の透過光の血液減光度を求める第3のステップと、前
記第3のステップで求めた血液減光度に基づいて血中吸
光物質濃度を求める第4のステップとを具備する。
求項7の方法において、前記第2のステップは、少なく
とも2つの回帰直線の交点であって、前記少なくとも2
つの回帰直線の一方は色素注入前の期間における回帰直
線であり、前記少なくとも2つの回帰直線の他方は色素
注入後の期間における回帰直線である交点を逐次求め、
その交点のバラツキが所定範囲内となったときにその中
心点を虚血レベルとして決定することを特徴とする。
一定である場合、1本の回帰直線が求められる。この直
線の傾きは正確に2つの波長の透過光の減光度の比をあ
らわすので、正確な動脈血中の酸素飽和度が得られる。
度が測定中一定である場合、1本の回帰直線が求められ
る。この直線の傾きは正確に2つの波長の透過光の減光
度の比をあらわすので正確な動脈血中の血中吸光物質濃
度が得られるばかりでなく、回帰直線を求めるための脈
波信号のサンプリングも少なくてすむため、光発生手段
のLED点灯回路も少なくすることができ、低消費電力
とすることができる。
て虚血レベルを求めることができ、これにより血中吸光
物質の濃度を測定すれば、正確な測定結果が得られる。
られる度に逐次交点を求め、この交点のバラツキが所定
範囲内となったときにその中心点を虚血レベルとして採
用するので虚血レベルを求めるまでの時間を短縮するこ
とができる。
請求項1乃至4の発明装置の作用に対応している。
の実施例は酸素飽和度測定装置である。まずこの実施例
の原理を説明する。
過光の減光度Aは血液の減光度をAb、その他の組織の
減光度をAaとすると次式であらわされる。 A=Ab+Aa=lnI−lnIin ={Eh(Eh+F)}1/2 ・Hb・D+Aa (1) I:透過光強度 Iin:入射光強度 Eh:ヘモグロビンの吸光係数 F:血液の光散乱係数 Hb:血中のヘモグロビン濃度 D:血液の厚み
ったとき(1)式は次のようになる。 A+ΔAb=lnI−ΔlnI−lnIin={Eh(Eh+F)}1/2 ・ Hb・(D+ΔD)+Aa (2) (2)式−(1)式 ΔAb=−ΔlnI={Eh(Eh+F)}1/2 ・Hb・ΔD (3) 波長λ1 ,λ2 それぞれについて(3)式は次のように
なる。 ΔAb1 =−ΔlnI1 ={Eh1 (Eh1 +F)}1/2 ・Hb・ΔD (4) ΔAb2 =−ΔlnI2 ={Eh2 (Eh2 +F)}1/2 ・Hb・ΔD (5) 添字1,2はそれぞれ波長λ1 ,λ2 に関するものであ
ることを示している。
ンの吸光係数 Er1 ,Er2 :波長λ1 ,λ2 の光の還元ヘモグロビ
ンの吸光係数
Eo2 ,Er1 ,Er2 は既知であるからΔlnI1 ,
ΔlnI2 を測定してΦを求めるならば計算によりSを
求めることができる。
1 をとった座標に所定時間毎に測定したlnI2 ,ln
I1 を点であらわすと、図2のようになる。これらの点
から最小2乗法により回帰直線aを求める。酸素飽和度
Sが一定ならば測定により得られる点はこの線上を1回
の脈動毎に1往復する。この直線の傾きがΔlnI1/
ΔlnI2 であるからこの傾きを求めるならば(6)〜
(8)式より酸素飽和度Sを求めることができる。
明する。図1はこの装置の全体構成を示すブロック図で
ある。LED1は波長λ1 の光を発生する素子であり、
LED2は波長λ2 の光を発生する素子である。ドライ
バ回路3はこれらLED1,LED2を駆動する回路で
ある。フォトダイオード4はLED1,LED2から発
生し生体組織5を透過した光を受光するように配置され
ている。フォトダイオード4はそれら透過光の強度に応
じた電気信号を出力する。この信号は増幅器6で増幅さ
れ復調回路7で復調される。タイミング発生回路9はド
ライバ回路3と復調回路7にタイミング信号を送出し、
LED1,LED2を所定のタイミングで発光させ、復
調回路7でそのタイミングに応じて波長λ1 ,λ2 それ
ぞれに対応する信号をとり出させる。A/Dコンバータ
10は復調回路7から与えられる各信号をディジタル値
に変換してCPU11に与える。CPU11は、この与
えられた信号と、ROM12に格納されたプログラムや
データに基づいてRAM13に必要なデータを書込み、
またはそのデータを読出して演算を行ない、その結果を
表示装置14や記録器(図示せず)に出力するものであ
る。ROM12には図3のフローチャートに示すような
プログラムが格納されている。
施例装置の動作を説明する。CPU11はA/Dコンバ
ータ10から与えられる所定時間毎の透過光の強度
I1 ,I2 に応じた信号を対数変換してこれらを記憶す
る(ステップ101)。ここでは1つの脈波について2
以上の時点(ピーク、ボトムを含む)のlnI1 ,ln
I2 を2以上の脈波について採る。次にCPU11はこ
れらのデータに基づいて横軸lnI2 ,縦軸lnI1 と
する座標上にステップ101で記憶したデータをあらわ
し、最小2乗法により回帰直線を求める(ステップ10
2)。次にCPU11はその回帰直線の傾きを求め(ス
テップ103)、その傾きから(6)〜(8)式に基づ
く式によりSを計算する(ステップ104)。この結果
は表示器14に表示され、図示せぬ記録器に記録され
る。
I1 ,lnI2 の値を測定し、これを用いたので正確な
酸素飽和度をSを求めることができる。
する。この実施例は血中吸光物質濃度測定装置である。
まずこの実施例の原理を説明する。
在する場合、その吸光物質の吸光係数をEd、その濃度
をCdとすると次式が得られる。 Φ32=ΔlnI3 /ΔlnI4 ={(Eh3 +Ed3 Cd/Hb)(Eh3 +Ed3 Cd/Hb+F)}1/2 /{(Eh4 +Ed4 Cd/Hb)(Eh4 +Ed4 Cd/Hb+F)}1/2 (9) これはAb={(Eh+EdCd/Hb)(Eh+Ed
Cd/Hb+F)}1/2 ・Hb・Dとして(1)式から
(6)式を導いた方法と同じ方法により求めることがで
きる。Eh,Hb,F,Dは前述したものと同じであ
る。添字3,4はそれぞれ波長λ3 ,λ4 に関するもの
であることを示す。ここにおいてEh3 ,Eh4 は次式
であらわされる。 Eh3 =SEo3 +(1−S)Er3 (10) Eh4 =SEo4 +(1−S)Er4 (11) Eo,Erは前述したようにそれぞれ酸化ヘモグロビン
の吸光係数、還元ヘモグロビンの吸光係数である。
4 がゼロとなる波長とすれば(9)式は次のようにな
る。 Φ34=ΔlnI3 /ΔlnI4 ={(Eh3 +Ed3 Cd/Hb)(Eh3 +Ed3 Cd/Hb+F)}1/2 /{Eh4 (Ed4 +F)}1/2 (12)
度Hbが予め測定されている血液ならば(12)式にお
いてCdを除く各要素は既知であるからΔlnI3 ,Δ
lnI4 を測定しΦ34を求めるならばCdを求めること
ができる。
をとった座標に所定時間毎に測定したlnI4 ,lnI
3 を点であらわすと図4のようになる。これらの点から
最小2乗法により回帰直線bを求める。吸光物質の濃度
Cdが一定ならば測定により得られる点はこの線上を1
回の脈動毎に1往復する。この直線の傾きがΔlnI3
/ΔlnI4 であるからこの傾きを求めるならば(1
2)式より吸光物質濃度Cdを求めることができる。
明する。この装置の全体構成を図5に示す。この図5に
おいて図1と同一構成要素は同一の符号を付して説明は
省略する。ただしLED10は波長λ3 の光を発生する
素子であり、LED20は波長λ4 の光を発生する素子
である。また、ROM30には図6に示すフローチャー
トのプログラムが格納されている。
て本実施例装置の動作を説明する。ステップ201〜2
03は図3で示したステップ101〜103と同じであ
るのでその説明は省略する。次にCPU11はステップ
203で求めた傾きから(12)式を用いた式によりC
dを計算する(ステップ204)。この結果は表示器1
4に表示され図示せぬ記録器に記録される。
の実施例について説明する。この実施例は色素希釈曲線
測定装置である。まずこの実施例の原理を説明する。
度Abは前述したように次式であらわされる。 Ab={(Eh+EdCd/Hb)(Eh+EdCd/Hb+F)}1/2 ・ Hb・D (13) 色素はICG(indocyanine−green)
とする。用いる2波長をλ5 ,λ6 とし、添字5,6は
波長を示すものとし、それぞれ次の値であるとする。
ICGの吸光は最大で、ヘモグロビン吸光係数は酸素飽
和度によらず一定である。 λ6 =890nm:この波長においては、ICGの吸光
は無視でき、ヘモグロビン吸光係数は酸素飽和度によら
ず略一定である。従って(13)式は波長λ5,λ6 に
ついては次のようになる。 Ab5 ={(Eo5 +Ed5 Cd/Hb)(Eo5 +Ed5 Cd/Hb+F )}1/2 ・Hb・D (14) Ab6 ={Eo6 (Eo6 +F)}1/2 ・Hb・D (15) Eo5 ,Eo6 はそれぞれ波長λ5 ,λ6 の酸化ヘモグ
ロビンの吸光係数である。Ab5 ,Ab6 を測定してそ
の比をとれば次のようになる。 Ψ=Ab5 /Ab6 ={(Eo5 +Ed5 Cd/Hb)(Eo5 +Ed5 Cd/Hb+F)}1/2 /{Eo6 (Eo6 +F)}1/2 (16)
測する。(16)式において未知数はCdだけである。
この式からCdは2次方程式の根として計算される。減
光度Ab5 ,Ab6 を求めるには、組織中に血液が有る
場合の透過光強度I5 ,I6 と無い場合の透過光強度I
05,I06との両方の透過光強度が得られるならば次の式
で計算する。 Ab5 =lnI05−lnI5 (17) Ab6 =lnI06−lnI6 (18)
I05,lnI06をいかにして決定するかを次に説明す
る。組織内血液は脈動している。これは組織内の動脈血
の量の脈動によるものである。もし、動脈血と静脈血と
が減光率(減光度を厚みで割ったもの)において等しい
場合、すなわち動脈血と静脈血とでヘモグロビンの吸光
係数が等しく、かつ血中色素濃度が等しい場合には血液
脈動分の減光度ΔAbが全血液減光度Abに占める比率
はλ5 ,λ6 において等しい。これは次のように表わさ
れる。 ΔAb5 /ΔAb6 =Ab5 /Ab6 (19) 従って(16)式は次のようにあらわすことができる。 Ψ=ΔAb5 /ΔAb6 =ΔlnI5 /ΔlnI6 ={(Eo5 +Ed5 Cd/Hb)(Eo5 +Ed5 Cd/Hb+F)}1/2 /{Eo6 (Eo6 +F)}1/2 (20)
する座標上に測定したlnI5 ,lnI6 を点として描
くなら血中色素濃度Cdが変化しないときは透過光は脈
動による血液の厚みの変化の影響のみにより変化するの
でそれらの点は直線状に配置される。この回帰直線を求
め、この直線を延長すれば虚血レベル点(lnI05,l
nI06)を通過する。図7に示すように安定した血中色
素濃度の異なる2つの期間T1 ,T2 それぞれにおいて
複数の時点の測定値lnI5 ,lnI6 が得られるなら
ば虚血レベル点を通過する直線が2本得られる。すなわ
ち図8に示すようにこれらの直線を延長することにより
虚血レベル点が得られ、虚血レベルlnI05,lnI06
を求めることができる。この虚血レベルlnI05,ln
I06が求められるならば(16)〜(18)式より刻々
変化するΨが得られ、それに応じて変化するCdを求め
ることができ、色素希釈曲線を描くことができる。
間において血中色素濃度はゼロであるから、脈動の毎拍
の回帰直線は同じであり、多数の拍をまとめて回帰直線
を求めるならば回帰直線の信頼性が高くなる。また第2
の回帰直線を求める場合も必ずしも1拍毎である必要は
ない。
色素希釈曲線測定装置を説明する。
図1と同じ要素には同一符号を付して説明は省略する。
図1に示す装置と異なるのはLED40が波長λ5 の光
を発生する点、LED50が波長λ6 の光を発生する
点、ROM60に格納されたプログラムが図10に示す
ようなものである点である。更にCPU70には色素を
注入したことを知らせるスイッチ80が接続されている
点である。
る。まずCPU70はA/Dコンバータ10から与えら
れるI5 ,I6 のデータを取込み、それらの対数を求め
て記憶する(ステップ301)。これはオペレータが色
素を注入してスイッチ80をオンにするまで続く。CP
U70はスイッチ80がオンにされたことを判断すると
(ステップ302)、ステップ301で記憶したデータ
から図8に示す第1の回帰直線c(色素注入前)を求め
る(ステップ303)。次にCPU70はA/Dコンバ
ータ10から与えられるI5 ,I6 のデータを所定時間
分(例えば脈動の略10拍分)取込み、対数変換し(ス
テップ304)、このデータから回帰直線を求め、この
回帰直線と前記第1の回帰直線との交点を求める(ステ
ップ305)。CPU70はこの交点が所定数以上とな
りかつこれら交点のバラツキが所定の大きさの範囲内に
あるか否かを判断し(ステップ307)、NOであれば
ステップ304に戻り、YESであればステップ308
に進む。CPU70はステップ308において上記所定
の大きさの範囲の中心点を求める(ステップ308)。
この点が虚血レベル点(lnI05,lnI06)である。
次にCPU11はステップ304において取込んだすべ
てのデータと、虚血レベルlnI03,lnI04と、(1
6)〜(18)式より図11に示すような色素希釈曲線
を求める。
ベルを求めるので、測定開始から虚血レベル検出までの
時間が短縮できる。以上は1回の色素の注入により虚血
レベルを求め更に色素希釈曲線も求めたが、1回の色素
の注入では虚血レベルのみを求め、2回目の色素の注入
時に前回求めた虚血レベルを使ってリアルタイムで色素
希釈曲線を求めても良い。また本実施例では多数の回帰
直線を求めて虚血レベルを算出したが、図7に示したよ
うに色素濃度が充分安定した2つの期間においてそれぞ
れ回帰直線を求め、その交点を求めるようにすれば2本
の回帰直線であっても正確な虚血レベルが得られる。
動脈血中の酸素飽和度測定装置が得られる。請求項2〜
4の発明によれば測定精度が高く、低消費電力の動脈血
中の血中吸光物質濃度測定装置が得られる。請求項5の
発明によれば高い精度で動脈血中の酸素飽和度を測定す
ることができる。請求項6〜8の発明によれば高い精度
で、かつ低消費電力で動脈血中の血中吸光物質濃度を測
定することができる。
ック図。
の図。
の図。
の図。
の図。
を説明するための図。
を説明するための図。
構成を示すブロック図。
作を説明するための図。
る測定結果を示す図。
Claims (8)
- 【請求項1】 生体に異なる2つの波長の光を照射する
光発生手段と、 この光発生手段から発生し前記生体を透過したそれぞれ
の光を電気信号に変換する受光手段と、 この受光手段の2つの出力の複数の時点における値に基
づいてそれぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回
帰直線を求める回帰直線計算手段と、 この回帰直線計算手段が求めた直線の傾きを求める傾き
計算手段と、 この傾き計算手段が求めた傾きに基づいて動脈血中の酸
素飽和度を計算する酸素飽和度計算手段とを具備する酸
素飽和度測定装置。 - 【請求項2】 生体に異なる2つの波長の光を照射する
光発生手段と、 この光発生手段から発生し前記生体を透過したそれぞれ
の光を電気信号に変換する受光手段と、 この受光手段の2つの出力の複数の時点における値に基
づいてそれぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回
帰直線を求める回帰直線計算手段と、 この回帰直線計算手段が求めた直線の傾きを求める傾き
計算手段と、 この傾き計算手段が求めた傾きに基づいて動脈血中の吸
光物質濃度を計算する血中吸光物質濃度計算手段とを具
備する血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項3】 生体に異なる2つの波長の光を照射する
光発生手段と、この光発生手段から発生し前記生体を透
過したそれぞれの光を電気信号に変換する受光手段と、
この受光手段の2つの出力の複数の時点における値に基
づいてそれぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回
帰直線を少くとも2つの期間についてそれぞれ求める回
帰直線計算手段と、この回帰直線計算手段が求めた少く
とも2つの回帰直線の延長上の交点に基づいて前記生体
を透過した光の虚血レベルを求める虚血レベル計算手段
と、この虚血レベル計算手段が求めた虚血レベルと前記
受光手段の2つの出力から各波長の透過光の血液減光度
を求める血液減光度計算手段と、この血液減光度計算手
段が求めた血液減光度に基づいて血中吸光物質濃度を求
める濃度計算手段とを具備する血中吸光物質濃度測定装
置。 - 【請求項4】 虚血レベル計算手段は、少なくとも2つ
の回帰直線の交点で あって、前記少なくとも2つの回帰
直線の一方は色素注入前の期間における回帰直線であ
り、前記少なくとも2つの回帰直線の他方は色素注入後
の期間における回帰直線である交点を逐次求め、その交
点のバラツキが所定範囲内となったときにその中心点を
虚血レベルとして決定することを特徴とする請求項3記
載の血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項5】 生体に異なる2つの波長の光を照射し、
前記生体を透過したそれぞれの光を電気信号の生体信号
に変換し、これらの生体信号を処理する生体信号処理方
法であって、 前記2つの生体信号の複数の時点における値に基づいて
それぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回帰直線
を求める第1ステップと、 前記第1のステップで求めた回帰直線の傾きを求める第
2のステップと、 前記第2のステップで求めた傾きに基づいて動脈血中の
酸素飽和度を計算する第3のステップとを有することを
特徴とする生体信号処理方法。 - 【請求項6】 生体に異なる2つの波長の光を照射し、
前記生体を透過したそれぞれの光を電気信号の生体信号
に変換し、これらの生体信号を処理する生体信号処理方
法であって、 前記2つの生体信号の複数の時点における値に基づいて
それぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回帰直線
を求める第1ステップと、 前記第1のステップで求めた回帰直線の傾きを求める第
2のステップと、 前記第2のステップで求めた傾きに基づいて動脈血中の
吸光物質濃度を計算する第3のステップとを有すること
を特徴とする生体信号処理方法。 - 【請求項7】 生体に異なる2つの波長の光を照射し、
前記生体を透過したそれぞれの光を電気信号の生体信号
に変換し、これらの生体信号を処理する生体信号処理方
法であって、 前記2つの生体信号の複数の時点における値に基づいて
それぞれの大きさを縦軸、横軸とする座標上の回帰直線
を少くとも2つの期間についてそれぞれ求める第1のス
テップと、 前記第1のステップで求めた少くとも2つの回帰直線の
延長上の交点に基づいて前記生体を透過した光の虚血レ
ベルを求める第2のステップと、 前記第2のステップで求めた虚血レベルと前記2つの生
体信号から各波長の透過光の血液減光度を求める第3の
ステップと、 前記第3のステップで求めた血液減光度に基づいて血中
吸光物質濃度を求める第4のステップとを具備する生体
信号処理方法。 - 【請求項8】 前記第2のステップは、少なくとも2つ
の回帰直線の交点であって、前記少なくとも2つの回帰
直線の一方は色素注入前の期間における回帰直線であ
り、前記少なくとも2つの回帰直線の他方は色素注入後
の期間における回帰直線である交点を逐次求め、その交
点のバラツキが所定範囲内となったときにその中心点を
虚血レベルとして決定することを特徴とする請求項7記
載の生体信号処理方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12134694A JP3270917B2 (ja) | 1994-06-02 | 1994-06-02 | 酸素飽和度測定装置、血中吸光物質濃度測定装置および生体信号処理方法 |
US08/661,169 US5690104A (en) | 1994-06-02 | 1996-06-10 | Apparatus and method for measuring oxygen saturation in blood and apparatus and method for measuring concentration of light-absorbing materials in blood |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12134694A JP3270917B2 (ja) | 1994-06-02 | 1994-06-02 | 酸素飽和度測定装置、血中吸光物質濃度測定装置および生体信号処理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07327964A JPH07327964A (ja) | 1995-12-19 |
JP3270917B2 true JP3270917B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=14809004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12134694A Expired - Fee Related JP3270917B2 (ja) | 1994-06-02 | 1994-06-02 | 酸素飽和度測定装置、血中吸光物質濃度測定装置および生体信号処理方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5690104A (ja) |
JP (1) | JP3270917B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7025728B2 (en) | 2003-06-30 | 2006-04-11 | Nihon Kohden Corporation | Method for reducing noise, and pulse photometer using the method |
EP1757224A2 (en) | 2005-08-24 | 2007-02-28 | Nihon Kohden Corporation | Apparatus and method for measuring oxygen saturation in blood |
JP2009261458A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Nippon Koden Corp | 信号処理方法及びそれを用いたパルスフォトメータ |
JP2009279384A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-12-03 | Nippon Koden Corp | 信号処理方法、信号処理装置及びそれを用いたパルスフォトメータ |
US8437820B2 (en) | 2008-04-22 | 2013-05-07 | Nihon Kohden Corporation | Signal processing method, signal processing apparatus, and pulse photometer using the same |
US8649837B2 (en) | 2007-07-19 | 2014-02-11 | Nihon Kohden Corporation | Method and apparatus for measuring pulse rate and oxygen saturation achieved during exercise |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6514419B2 (en) | 1994-09-16 | 2003-02-04 | Transonic Systems, Inc. | Method to measure blood flow and recirculation in hemodialysis shunts |
US6153109A (en) | 1994-09-16 | 2000-11-28 | Transonic Systmes, Inc. | Method and apparatus to measure blood flow rate in hemodialysis shunts |
US20040220455A1 (en) * | 1996-06-26 | 2004-11-04 | Lowe Robert I. | Method for monitoring blood characteristics and cardiopulmonary function |
US6671526B1 (en) * | 1998-07-17 | 2003-12-30 | Nihon Kohden Corporation | Probe and apparatus for determining concentration of light-absorbing materials in living tissue |
US6868739B1 (en) | 1999-10-19 | 2005-03-22 | Transonic Systems, Inc. | Method and apparatus to measure blood flow by an introduced volume change |
WO2004034898A2 (en) * | 2002-10-15 | 2004-04-29 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Method for the presentation of information concerning variations of the perfusion |
US7010337B2 (en) * | 2002-10-24 | 2006-03-07 | Furnary Anthony P | Method and apparatus for monitoring blood condition and cardiopulmonary function |
JP4352315B2 (ja) * | 2002-10-31 | 2009-10-28 | 日本光電工業株式会社 | 信号処理方法/装置及びそれを用いたパルスフォトメータ |
US7957780B2 (en) | 2005-03-01 | 2011-06-07 | Masimo Laboratories, Inc. | Physiological parameter confidence measure |
JP4844291B2 (ja) * | 2005-08-30 | 2011-12-28 | 日本光電工業株式会社 | 時間区分パルスオキシメトリおよびパルスオキシメータ |
US8123695B2 (en) | 2006-09-27 | 2012-02-28 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Method and apparatus for detection of venous pulsation |
US8265723B1 (en) | 2006-10-12 | 2012-09-11 | Cercacor Laboratories, Inc. | Oximeter probe off indicator defining probe off space |
US8229530B2 (en) | 2007-03-09 | 2012-07-24 | Nellcor Puritan Bennett Llc | System and method for detection of venous pulsation |
US8221326B2 (en) | 2007-03-09 | 2012-07-17 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Detection of oximetry sensor sites based on waveform characteristics |
US8109882B2 (en) | 2007-03-09 | 2012-02-07 | Nellcor Puritan Bennett Llc | System and method for venous pulsation detection using near infrared wavelengths |
EP2139383B1 (en) | 2007-03-27 | 2013-02-13 | Masimo Laboratories, Inc. | Multiple wavelength optical sensor |
US8374665B2 (en) | 2007-04-21 | 2013-02-12 | Cercacor Laboratories, Inc. | Tissue profile wellness monitor |
JP5029150B2 (ja) * | 2007-06-06 | 2012-09-19 | ソニー株式会社 | 生体情報取得装置および生体情報取得方法 |
JP5115855B2 (ja) | 2008-06-19 | 2013-01-09 | 日本光電工業株式会社 | パルスオキシメトリおよびパルスオキシメータ |
US9839381B1 (en) | 2009-11-24 | 2017-12-12 | Cercacor Laboratories, Inc. | Physiological measurement system with automatic wavelength adjustment |
US8801613B2 (en) | 2009-12-04 | 2014-08-12 | Masimo Corporation | Calibration for multi-stage physiological monitors |
JP6005947B2 (ja) * | 2012-02-20 | 2016-10-12 | 浜松ホトニクス株式会社 | 濃度測定装置および濃度測定方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1095114A (en) * | 1963-12-09 | 1967-12-13 | Atlas Werke Ag | Apparatus for the measurement of dye dilution in blood |
US4167331A (en) * | 1976-12-20 | 1979-09-11 | Hewlett-Packard Company | Multi-wavelength incremental absorbence oximeter |
JPH0657216B2 (ja) * | 1988-09-14 | 1994-08-03 | 住友電気工業株式会社 | 肝機能検査装置 |
JPH02309929A (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 肝機能検査装置 |
ATE145805T1 (de) * | 1991-03-25 | 1996-12-15 | Hoeft Andreas | Vorrichtung und verfahren zur ermittlung des herzzeitvolumens |
US5351685A (en) * | 1991-08-05 | 1994-10-04 | Nellcor Incorporated | Condensed oximeter system with noise reduction software |
US5385143A (en) * | 1992-02-06 | 1995-01-31 | Nihon Kohden Corporation | Apparatus for measuring predetermined data of living tissue |
US5458128A (en) * | 1994-06-17 | 1995-10-17 | Polanyi; Michael | Method and apparatus for noninvasively measuring concentration of a dye in arterial blood |
US5503148A (en) * | 1994-11-01 | 1996-04-02 | Ohmeda Inc. | System for pulse oximetry SPO2 determination |
-
1994
- 1994-06-02 JP JP12134694A patent/JP3270917B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-06-10 US US08/661,169 patent/US5690104A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7025728B2 (en) | 2003-06-30 | 2006-04-11 | Nihon Kohden Corporation | Method for reducing noise, and pulse photometer using the method |
EP1757224A2 (en) | 2005-08-24 | 2007-02-28 | Nihon Kohden Corporation | Apparatus and method for measuring oxygen saturation in blood |
US8175669B2 (en) | 2005-08-24 | 2012-05-08 | Nihon Kohden Corporation | Apparatus and method for measuring oxygen saturation in blood |
US8649837B2 (en) | 2007-07-19 | 2014-02-11 | Nihon Kohden Corporation | Method and apparatus for measuring pulse rate and oxygen saturation achieved during exercise |
JP2009261458A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Nippon Koden Corp | 信号処理方法及びそれを用いたパルスフォトメータ |
JP2009279384A (ja) * | 2008-04-22 | 2009-12-03 | Nippon Koden Corp | 信号処理方法、信号処理装置及びそれを用いたパルスフォトメータ |
US8437820B2 (en) | 2008-04-22 | 2013-05-07 | Nihon Kohden Corporation | Signal processing method, signal processing apparatus, and pulse photometer using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5690104A (en) | 1997-11-25 |
JPH07327964A (ja) | 1995-12-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3270917B2 (ja) | 酸素飽和度測定装置、血中吸光物質濃度測定装置および生体信号処理方法 | |
JP3275159B2 (ja) | 循環血液量測定装置 | |
JP3364819B2 (ja) | 血中吸光物質濃度測定装置 | |
Zourabian et al. | Trans-abdominal monitoring of fetal arterial blood oxygenation using pulse oximetry | |
JP3625475B2 (ja) | 非侵入的にヘマトクリット値をモニタするシステム | |
US8280472B2 (en) | Method and apparatus for measuring blood oxygen saturation | |
US5137023A (en) | Method and apparatus for monitoring blood analytes noninvasively by pulsatile photoplethysmography | |
US20090204012A1 (en) | Apparatus and method for determining a physiological parameter | |
US5154176A (en) | Liver function testing apparatus | |
CA2354064A1 (en) | Direct to digital oximeter and method for calculating oxygenation levels | |
WO2001054573A1 (en) | Fetal pulse oximetry | |
JP3107630B2 (ja) | パルスオキシメータ | |
CN111956234A (zh) | 基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法及设备 | |
CN103385695A (zh) | 多波长肝脏储备功能检测仪及检测icg浓度的方法 | |
US5513642A (en) | Reflectance sensor system | |
JP3247694B2 (ja) | 低酸素症を測定する時間及び周波数領域分光装置 | |
JPH05269116A (ja) | 改良された動脈血のモニター装置 | |
US11259721B2 (en) | Method and device for detecting concentration of total hemoglobin in blood | |
WO2021250681A1 (en) | Sensor device to mitigate the effects of unwanted signals made in optical measurements of biological properties | |
US6339714B1 (en) | Apparatus and method for measuring concentrations of a dye in a living organism | |
Damianou | The wavelength dependence of the photoplethysmogram and its implication to pulse oximetry | |
JPH0415046A (ja) | 血液循環動態の測定方法 | |
KR20220027444A (ko) | 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 방법 | |
KR102402263B1 (ko) | 광자 확산 이론을 이용한 비침습적 당화혈색소 측정 시스템 및 그 방법 | |
Hu et al. | The effect of Skin Melanin Concentration on Wrist Reflectance Photoplethysmography based on Monte Carlo Simulation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20011204 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090125 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090125 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100125 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110125 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120125 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130125 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140125 Year of fee payment: 12 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |