JPH0524006U - 反射型オキシメータ用プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定者の個人差や測定部位の相違に拘らず
酸素飽和度を精度良く測定し得かつ末梢循環の低下に拘
らず酸素飽和度を測定精度良く且つ安定して測定し得る
反射型オキシメータ用プローブを提供する。 【構成】 発光素子１８，２０を、受光素子１６との間
の距離が漸次異なるように受光素子１６の周りに交互に
配列する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は反射型オキシメータに用いられるプローブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

複数種類の発光素子から互いに波長の異なる複数種類の光を生体の表面に順次 照射してその生体からの反射光を共通の受光素子にてそれぞれ検出し、その反射 光の強度を表す光電脈波信号に基づいて血液中の酸素飽和度を測定する反射型オ キシメータが知られている。たとえば、本出願人が先に出願して公開された特開 平２−１１１３４４号公報に記載されたものがそれであり、かかる反射型オキシ メータによる酸素飽和度の測定は皮膚の一部を構成する真皮内の血管床において 行われるのが普通である。

【０００３】 上記公報に記載の反射型オキシメータは、受光素子を中心とする所定半径の円 周上に発光波長の異なる２種類の発光素子が所定間隔毎に全周に亘って交互に配 列され、かつ発光素子から体表面で反射して受光素子に向かう光を遮光するため の円筒状の遮光部材が受光素子と発光素子との間に設けられたプローブを備えて おり、受光素子にて検出される反射光の強度を表す光電脈波信号が大きく得られ るのに加えて、血管床の組成が不均一である場合やプローブの姿勢が傾いた場合 においても酸素飽和度を精度良く且つ安定して測定できる等の利点を有している 。また、上記公報に記載の反射型オキシメータにおいては、光電脈波信号の交流 成分と直流成分との比に基づいて酸素飽和度が決定されるようになっている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記公報に記載の反射型オキシメータのプローブにおいても未 だ解決すべき問題を有している。すなわち、受光素子と各発光素子との間の距離 が一定であるために、生体内からの反射光の強度が充分大きく得られる生体表面 からの深さを表す最適検出深度の幅が狭くなることから、被測定者の個人差や測 定部位の相違により生体表面からの血管床の深さ位置がばらつくと、光電脈波信 号の大きさが低下して酸素飽和度を精度良く測定できなくなるおそれがあるとと もに、生体に加えられたショック等により末梢循環が低下して血管床のより深い 位置からしか反射光が検出されなくなると、光電脈波信号の大きさが低下して酸 素飽和度を測定精度良く且つ安定して測定できなくなるおそれがあるのである。

【０００５】 本考案は以上の事情を背景にして為されたものであって、その目的とするとこ ろは、被測定者の個人差や測定部位の相違に拘らず酸素飽和度を精度良く測定し 得かつ末梢循環の低下に拘らず酸素飽和度を測定精度良く且つ安定して測定し得 る反射型オキシメータ用プローブを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための本考案の要旨とするところは、複数種類の発光素子 から互いに波長の異なる複数種類の光を生体の表面に順次照射してその生体から の反射光を共通の受光素子にてそれぞれ検出し、その反射光の強度を表す光電脈 波信号に基づいて血液中の酸素飽和度を測定する反射型オキシメータにおいて、 前記発光素子が各種類毎に前記受光素子の周りに複数配列されるとともに、それ ら発光素子と受光素子との間に、その発光素子から前記生体の表面で反射してそ の受光素子へ向かう光を遮光する環状の遮光部材が設けられた形式のプローブで あって、前記発光素子を、前記受光素子との間の距離が漸次異なるようにその受 光素子の周りに設けたことにある。

【０００７】

【作用および考案の効果】

かかる構成の反射型オキシメータ用プローブによれば、複数種類の波長の光を 発光し且つ各種類毎に複数設けられた発光素子が、共通の受光素子の周りにその 受光素子との間の距離が漸次異なるように配列されるので、反射光の最適検出深 度の幅が広く得られることとなる。これにより、被測定者の個人差や測定部位の 相違により生体表面からの血管床の深さ位置がばらついても光電脈波信号の大き さが充分に得られて酸素飽和度を精度良く測定し得るとともに、末梢循環が低下 して血管床のより深い位置からしか反射光が検出されなくなっても光電脈波信号 の大きさが充分に得られて酸素飽和度を測定精度良く且つ安定して測定し得る。

【０００８】 好適には、受光素子にてそれぞれ検出される発光素子毎の反射光の生体表面か らの各最小検出深度は、その生体の皮膚の一部を構成する表皮の厚さ以上となる ように決定される。このように、受光素子と各発光素子との間の距離が異なって いても発光素子毎の最小検出深度が表皮の厚さ以上とされることにより、血管が 存在しない表皮からの反射光が受光素子にて検出されるのを好適に回避し得るた め、光電脈波信号の交流成分と直流成分との比を大きく確保し得て酸素飽和度の 測定精度を一層向上させ得る。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１０】 図２は本考案が適用されたプローブを備えた反射型オキシメータの一構成例を 示す図であって、プローブ１０は、たとえば生体の指等の体表面１２に密着した 状態で装着される。プローブ１０は、図１および図２に示すように、一方向にお いて開口する容器状のハウジング１４と、そのハウジング１４の底部内面の外周 側に位置する部分において所定間隔毎に交互に且つ環状に配列され、ＬＥＤ等か ら成るたとえば９個づつの第１発光素子１８および第２発光素子２０と、それら 第１発光素子１８および第２発光素子２０の内周側においてハウジング１４の底 部内面に設けられ、ホトダイオードやホトトランジスタ等から成る受光素子１６ と、ハウジング１４内に一体的に設けられ、受光素子１６および発光素子１８， ２０を覆う透明な樹脂２２と、ハウジング１４内において受光素子１６と発光素 子１８，２０との間に設けられ、発光素子１８，２０から照射された光の体表面 １２から受光素子１６に向かう反射光を遮光する環状の遮光部材２４とを備えて 構成されている。

【００１１】 上記第１発光素子１８はたとえば６６０ｎｍ程度の波長の赤色光を発光し、第 ２発光素子２０はたとえば８００ｎｍ程度の波長の赤外光を発光するものである が、必ずしもこれらの波長に限定されるものではなく、ヘモグロビンの吸光係数 と酸化ヘモグロビンの吸光係数とが大きく異なる波長の光と、それら両吸光係数 が略同じとなる波長の光とを発光するものであればよい。これら第１発光素子１ ８および第２発光素子２０は一定時間づつ順番に所定周波数で発光させられると ともに、両発光素子１８，２０から照射された光の体表面１２下の血管床、すな わち皮膚の一部を構成する真皮内において細い血管が密集している部分からの反 射光は共通の受光素子１６によりそれぞれ受光される。

【００１２】 受光素子１６は、その受光量に対応した大きさの電気信号ＳＶを増幅器３０を 介してローパスフィルタ３２へ出力する。この電気信号ＳＶは、動脈の脈動によ る変動成分を含んでいる。ローパスフィルタ３２は入力された電気信号ＳＶから 脈波の周波数よりも高い周波数を有するノイズを除去し、そのノイズが除去され た信号ＳＶをデマルチプレクサ３４へ出力する。デマルチプレクサ３４は後述の 切換信号ＳＣにより第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光に同期して 切り換えられることにより、赤色光による電気信号ＳＶ_R をサンプルホールド回 路３６およびＡ／Ｄ変換器３８を介してＩ／Ｏポート４０へ逐次供給するととも に、赤外光による電気信号ＳＶ_IRをサンプルホールド回路４２およびＡ／Ｄ変換 器４４を介してＩ／Ｏポート４０へ逐次供給する。サンプルホールド回路３６， ４２は、入力された電気信号ＳＶ_R ，ＳＶ_IRをＡ／Ｄ変換器３８，４４へ逐次出 力する際に、前回出力した電気信号ＳＶ_R ，ＳＶ_IRについてのＡ／Ｄ変換器３８ ，４４における変換作動が終了するまで次に出力する電気信号ＳＶ_R ，ＳＶ_IRを それぞれ保持するためのものである。

【００１３】 上記Ｉ／Ｏポート４０は、データバスラインを介してＣＰＵ４６，ＲＯＭ４８ ，ＲＡＭ５０，表示器５２とそれぞれ接続されている。ＣＰＵ４６は、ＲＡＭ５ ０の記憶機能を利用しつつＲＯＭ４８に予め記憶されたプログラムに従って測定 動作を実行し、Ｉ／Ｏポート４０から駆動回路５４へ照射信号ＳＬＤを出力して 第１発光素子１８および第２発光素子２０を順番に所定の周波数で一定時間づつ 発光させる一方、それら第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光に同期 して切換信号ＳＣを出力してデマルチプレクサ３４を切り換えることにより、前 記電気信号ＳＶ_R をサンプルホールド回路３６へ、前記電気信号ＳＶ_IRをサンプ ルホールド回路４２へそれぞれ振り分ける。また、ＣＰＵ４６は、予め記憶され たプログラムに従って前記電気信号ＳＶ_R および電気信号ＳＶ_IRがそれぞれ表す 光電脈波形に基づいて血液中の酸素飽和度を決定し且つその決定した酸素飽和度 を表示器５２に表示させる。なお、この酸素飽和度の決定方法は、たとえば、本 出願人が先に出願して公開された特開平３−１５４４０号公報に記載された決定 方法と同様であり、数式１に示す比と酸素飽和度との間の予め求められた関係か ら実際の比に基づいて酸素飽和度が決定される。

【００１４】

【数１】

【００１５】 上記数式１において、Ｖ_dR，Ｖ_SRはそれぞれ赤色光による光電脈波形の上ピー ク値，下ピーク値であり、Ｖ_dIR ，Ｖ_SIR はそれぞれ赤外光による光電脈波形の 上ピーク値，下ピーク値である。また、Ｖ_dR−Ｖ_SRおよびＶ_dIR −Ｖ_SIR は各光 電脈波形の交流成分の振幅をそれぞれ表しており、Ｖ_dR＋Ｖ_SRおよびＶ_dIR ＋Ｖ _SIR は各光電脈波形の直流成分を２倍したものをそれぞれ表している。

【００１６】 ここで、本実施例においては、更に、ハウジング１４の周壁および遮光部材２ ４はそれぞれ長円形状を成しているとともに、受光素子１６は遮光部材２４の内 周側の一端部側に偏った位置に設けられている。これにより、各発光素子１８， ２０は、受光素子１６との間の距離が漸次異なるように受光素子１６の周りに設 けられていることから、生体内からの反射光の強度が充分大きく得られる体表面 １２からの深さを表す最適検出深度ｄ_suitの幅が広く得られることとなる。図３ は、牛乳等の懸濁液５６が入った容器５８の底に反射鏡６０を配置して成る生体 モデルを用いてプローブ１０の反射光検出特性を試験する場合の一状態を示して おり、懸濁液５６内においてプローブ１０と反射鏡６０との間の距離ｄ_model （ 生体内からの反射光の検出深度に相当）を漸次変えて発光素子１８，２０から反 射鏡６０に向かって光を照射すると、受光素子１６にて検出される反射光の強度 がたとえば図４に示すように変化し、反射鏡６０からの反射光強度が最も大きく 得られる最適検出距離の幅Ｗが広く得られた。これにより、プローブ１０を体表 面１２に装着した場合においても前記最適検出深度ｄ_suitの幅が広く得られるも のと推定される。

【００１７】 また、受光素子１６と発光素子１８，２０との間の距離が大きくなる程、遮光 部材２４の受光素子１６と各発光素子１８，２０とを結ぶ直線上における厚さｔ が、たとえば図１においてｔ₁ 乃至ｔ₄ にて示すように漸次大きくされている。 これにより、受光素子１６にてそれぞれ検出される発光素子１８，２０毎の反射 光の体表面１２からの各最小検出深度ｄ_min は、たとえば図５乃至図８に示すよ うに各発光素子１８，２０において互いに同一とされ且つたとえば０．３５mmに それぞれ決定されている。

【００１８】 このように、本実施例によれば、各発光素子１８，２０が受光素子１６との間 の距離が漸次異なるように受光素子１６の周りに設けられることにより反射光の 最適検出深度ｄ_suitの幅が広く得られるため、被測定者の個人差や測定部位の相 違により体表面１２からの血管床の深さ位置がばらついても光電脈波信号（ＳＶ _R ，ＳＶ_IR）の大きさが充分に得られて酸素飽和度を精度良く測定できるととも に、メスや薬物等により生体にショックが加えられることにより末梢循環が低下 して血管床のより深い位置からしか反射光が検出されなくなっても光電脈波信号 の大きさが充分に得られて酸素飽和度を測定精度良く且つ安定して測定すること ができる。

【００１９】 ところで、人体の表皮の厚さは、足底などを除く殆どの部位の皮膚において０ ．３mm以下であることが知られているが、本実施例によれば、発光素子１８，２ ０毎の最小検出深度ｄ_min はその殆どの部位の表皮の最高厚である０．３mmより 僅かに大きい０．３５mmにそれぞれ決定されているので、血管が存在しない表皮 からの反射光が受光素子１６にて検出されることが確実に回避される。これによ り、光電脈波形の交流成分と直流成分との比、すなわち（Ｖ_dR−Ｖ_SR）／（Ｖ_dR ＋Ｖ_SR）や（Ｖ_dIR −Ｖ_SIR ）／（Ｖ_dIR ＋Ｖ_SIR ）が大きく確保されて酸素飽 和度の測定精度が一層向上することとなる。

【００２０】 なお、前記実施例では、発光素子１８，２０毎の最小検出深度ｄ_min は０．３ ５mmにて同一に決定されているが、必ずしもその必要はなく、たとえば、人体の 殆どの部位の表皮の最高厚である０．３mm以上の種々の値に決定されていても前 記実施例と略同様の効果を得ることができる。

【００２１】 また、前記実施例において、最小検出深度ｄ_min が被測定者の表皮の厚さより 小さい場合においても、発光素子１８，２０が受光素子１６との間の距離が漸次 異なるように受光素子１６の周りに配列されていることにより、被測定者の個人 差や測定部位の相違に拘らず酸素飽和度を精度良く測定し得かつ末梢循環の低下 に拘らず酸素飽和度を測定精度良く且つ安定して測定し得るという本考案の効果 が得られる。

【００２２】 また、前記実施例では、受光素子１６は長円形状の環状を成す遮光部材２４の 内周側の一端部側に偏った位置に設けられているが、その遮光部材２４の内周側 の中央部分に設けられている場合や円筒状の遮光部材が用いられている場合にお いても、本考案の効果を得ることができる。

【００２３】 また、前記実施例では、発光素子１８，２０は配列形状が長円形状となるよう に配列されているが、必ずしもその必要はなく、たとえば、菱形形状や円形状に 配列されてもよい。発光素子１８，２０が円形状に配列される場合には、その円 周内の偏心した位置に受光素子１６が配置されることとなる。要するに、発光素 子は受光素子との間の距離が漸次異なるようにその受光素子の周りに設けられて おればよいのである。

【００２４】 また、前記実施例では、波長の異なる２種類の光を発光する第１発光素子１８ および第２発光素子２０が交互に配列されているが、必ずしもその必要はなく、 たとえば、波長の異なる３種類以上の光を発光する３種類以上の発光素子が各種 類が全周に亘って略均等に分散するように複数づつ配列されてもよい。

【００２５】 その他、本考案はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得る ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２のプローブをそのハウジングの開口側から
見た図であって、拡大して示す図である。

【図２】本考案の一実施例であるプローブを備えた反射
型オキシメータの一構成例を示すブロック線図である。

【図３】懸濁液内に反射鏡を有する生体モデルを用いて
図２のプローブの反射光検出特性を試験する場合の一状
態を示す図である。

【図４】図３の生体モデルを用いて求められた図２のプ
ローブの反射光検出特性の一例を示す図である。

【図５】図１の遮光部材の厚さｔ₁ の部分における反射
光の最小検出深度ｄ_min を示す図である。

【図６】図１の遮光部材の厚さｔ₂ の部分における反射
光の最小検出深度ｄ_min を示す図である。

【図７】図１の遮光部材の厚さｔ₃ の部分における反射
光の最小検出深度ｄ_min を示す図である。

【図８】図１の遮光部材の厚さｔ₄ の部分における反射
光の最小検出深度ｄ_min を示す図である。

【符号の説明】

１０ プローブ １２ 体表面 １６ 受光素子 １８ 第１発光素子 ２０ 第２発光素子 ２４ 遮光部材

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数種類の発光素子から互いに波長の異
   なる複数種類の光を生体の表面に順次照射して該生体か
   らの反射光を共通の受光素子にてそれぞれ検出し、該反
   射光の強度を表す光電脈波信号に基づいて血液中の酸素
   飽和度を測定する反射型オキシメータにおいて、前記発
   光素子が各種類毎に前記受光素子の周りに複数配列され
   るとともに、該発光素子と該受光素子との間に、該発光
   素子から前記生体の表面で反射して該受光素子へ向かう
   光を遮光する環状の遮光部材が設けられた形式のプロー
   ブであって、 前記発光素子を、前記受光素子との間の距離が漸次異な
   るように該受光素子の周りに設けたことを特徴とする反
   射型オキシメータ用プローブ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の反射型オキシメータ用プ
   ローブにおいて、受光素子にてそれぞれ検出される発光
   素子毎の反射光の生体表面からの各最小検出深度を、該
   生体の皮膚の一部を構成する表皮の厚さ以上としたこと
   を特徴とする反射型オキシメータ用プローブ。