JP2019097771A

JP2019097771A - パルスオキシメータ及び生体情報測定用プローブ

Info

Publication number: JP2019097771A
Application number: JP2017230651A
Authority: JP
Inventors: 翔成瀬; Sho Naruse
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-24

Abstract

【課題】測定精度を向上し得、かつ、動作回路を簡単化し得るパルスオキシメータを提供すること。【解決手段】パルスオキシメータは、赤色光及び近赤外光を同時に発光するＬＥＤ１０３と、測定部位を透過した発光部の光の透過光を受光し、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１０４と、測定部位を透過した発光部の光の透過光を受光し、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１０５と、第１及び第２のフォトディテクター１０４、１０５の検出結果に基づいてＳｐＯ２を得る信号処理部２０３と、有する。【選択図】図２

Description

本発明は、パルスオキシメータ及び生体情報測定用プローブに関する。

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（以下、単にＳｐＯ_２あるいは酸素飽和度という）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。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。

特開２００１−７８９９０号公報特開２０１５−１０７１５２号公報

ところで、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。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、測定精度を向上し得、かつ、動作回路を簡単化し得るパルスオキシメータ及び生体情報測定用プローブを提供する。

本発明のパルスオキシメータの一つの態様は、
赤色光及び近赤外光を同時に発光する発光部と、
測定部位を透過した前記発光部の光の透過光を受光し、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前記発光部の光の透過光を受光し、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、
前記第１及び第２のフォトディテクターの検出結果に基づいて、動脈血酸素飽和度を得る信号処理部と、
を具備する。

本発明の生体情報測定用プローブの一つの態様は、
赤色光及び近赤外光を同時に発光する発光部と、
測定部位を透過した前記発光部の光の透過光を受光し、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前記発光部の光の透過光を受光し、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、
前記第１及び第２のフォトディテクターの検出結果を出力する出力部と、
を具備する。

本発明によれば、発光部が赤色光及び近赤外光を同時に発光し、その透過光をそれぞれ赤色光及び近赤外光を検出する２つのフォトディテクターによって検出するので、各色の検出には遅延が生じないので測定精度が向上するとともに、赤色光と近赤外光を同時に発光させればよいので動作回路を簡単化し得る。

実施の形態に係るパルスオキシメータの全体構成を示す図実施の形態のプローブ部の構成の説明に供する断面図第１のフォトディテクターの構成を示す断面図第２のフォトディテクターの構成を示す断面図プローブ部の他の構成例を示す断面図実施の形態によるＬＥＤの発光動作を示す図プローブ部の他の構成例を示す平面図一般的なフォトダイオードの感度特性を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るパルスオキシメータの全体構成を示す図である。パルスオキシメータ１０は、プローブ部１００と、本体部２００と、を有する。プローブ部１００と本体部２００とはケーブル３００を介して接続されている。プローブ部１００は被検者の指に装着可能とされており、本体部２００は図示しないリストバンドを用いて被検者の手首付近に装着可能とされている。

本体部２００は、プローブ部１００のフォトディテクター１０４、１０５（図２）から入力される透過光の検出信号を用いて酸素飽和度の計測処理を行う信号処理部２０３（図２）、表示部２０１及び操作部２０２等を有する。

図２は、本実施の形態のプローブ部１００の構成の説明に供する断面図である。図２は指にプローブ部１００を装着した状態において指の側面方向から見たプローブ部１００の断面図である。

プローブ部１００はケース１０１を有し、ケース１０１はできるだけ内部に外光が進入しないように指先を包み込む形状となっている。

ケース１０１内にはＬＥＤ１０３が設けられている。ＬＥＤ１０３は、酸素飽和度の測定部位に対向する位置に設けられている。図２の例の場合、ＬＥＤ１０３は爪に対向する位置に設けられている。

ＬＥＤ１０３は、赤色光を発光するチップと、近赤外光を発光するチップとを有し、ＳｐＯ_２の測定時にはこれらのチップから赤色光と近赤外光とを同時に発光させるようになっている。なお、ＬＥＤ１０３は必ずしも赤色光を発光するチップと近赤外光を発光するチップとを有する必要はなく、要は赤色光と近赤外光とを同時に発光させることができるようなものであればよく、例えば赤色光成分と近赤外線光成分とを含む白色光を発光する白色ＬＥＤによって構成されていてもよい。

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。

また、ケース１０１内にはフォトディテクター１０４、１０５が設けられている。フォトディテクター１０４、１０５は、測定部位を挟んでＬＥＤ１０３とは反対側のケース１０１内の位置に設けられている。フォトディテクター１０４、１０５は、プローブ部１００が指に装着された際に、被検者の指の腹部分に当接する位置に配置される。

図３Ａに示すように、フォトディテクター１０４は、フォトダイオード１０４ａと、透過光に含まれる赤色光（例えば、波長６６０［ｎｍ］）を通過させるカラーフィルタ１０４ｂとから構成されている。また、図３Ｂに示すように、フォトディテクター１０５は、フォトダイオード１０５ａと、透過光に含まれる近赤外光（例えば、波長９４０［ｎｍ］）を通過させるカラーフィルタ１０５ｂとから構成されている。これにより、フォトディテクター１０４は測定部位の透過光に含まれる赤色光を検出するとともに、フォトディテクター１０５は測定部位の透過光に含まれる近赤外光を検出する。

なお、フォトディテクター１０４、１０５は、図２に示したように指の長手方向に並んで配置されてもよく、指にプローブ部１００を装着した状態において指先方向から見たプローブ部１００の断面図である図４に示したように指の幅方向に並んで配置されてもよい。ただし、フォトディテクター１０４、１０５は、互いに隣接して配置されていることが好ましい。換言すれば、フォトディテクター１０４、１０５は、ＳｐＯ_２の測定精度を考慮すると、ほぼ同じ経路の透過光を受光できる位置に設けられることが好ましい。

信号処理部２０３は、本体部２００（図１）に設けられており、フォトディテクター１０４、１０５から赤色光の検出結果及び近赤外光の検出結果を入力し、この赤色光と近赤外光との比に基づいて酸素飽和度を算出する。なお、図２では、各フォトディテクター１０４、１０５から１本の線が出ているように示したが、実際には各フォトディテクター１０４、１０５からプラスとマイナスの線を含む複数の導線が出ている。

図５は、本実施の形態によるＬＥＤ１０３の発光動作を示す図である。ＬＥＤ１０３は、１ｍ秒の期間に赤色光と近赤外光とを同時に発光し、次の１ｍ秒の期間は消灯するといった動作を繰り返す。勿論、例えば３ｍ秒の期間に赤色光と近赤外光とを同時に発光し、次の３ｍ秒の期間は消灯するといった動作を繰り返してもよい。また、ＳｐＯ_２の測定が終了するまで赤色光と近赤外光とを同時に発光し続けてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、赤色光及び近赤外光を同時に発光する発光部（ＬＥＤ１０３）と、測定部位を透過した発光部の光の透過光を受光し、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１０４と、測定部位を透過した発光部の光の透過光を受光し、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１０５と、第１及び第２のフォトディテクター１０４、１０５の検出結果に基づいてＳｐＯ_２を得る信号処理部２０３と、を設けたので、各色の検出には遅延が生じないので測定精度が向上するとともに、赤色光と近赤外光を同時に発光させればよいので動作回路を簡単化し得る。

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、プローブ部１００がケース１０１により構成されている場合について述べたが、本発明はこれに限らず、指に巻き付けるテープにより構成されているプローブにも適用可能である。この場合、図６に示すように、テープ３００の内側（つまりテープ３００を巻き付けたときに指に対向する面側）の所定位置にＬＥＤ１０３及びフォトディテクター１０４、１０５を設ければよい。

また、上述の実施の形態では、プローブ部１００を指に装着するタイプのパルスオキシメータ１０を例に説明したが、本発明は、プローブ部を足趾又は耳朶等の測定部位に装着するタイプのパルスオキシメータにも同様に適用可能である。

また、上述の実施の形態では、プローブ部１００と本体部２００とが分かれた別体型のパルスオキシメータを例に取って説明したが、本発明はこれに限らず、一体型のパルスオキシメータに適用することもできる。

また、上述の実施の形態では、プローブ部１００によって得られた検出信号をパルスオキシメータ１０の信号処理部２０３に出力した場合について述べたが、プローブ部１００により得られる検出信号を他の生体情報処理装置に出力してもよい。つまり、上述の実施の形態のプローブ部１００はパルスオキシメータ以外にも適用可能である。例えば、プローブ部１００により得られた検出信号を、光電脈波を測定する生体情報処理装置に出力してもよい。実際上、プローブ部１００は、フォトディテクター１０４、１０５の検出結果を出力するケーブルやコネクタ等の出力部を有するので、この出力部を介して外部の生体情報処理装置に接続される。このようにすれば、プローブ部１００は、生体情報測定用プローブとして広く用いることができる。

さらに、上述の実施の形態に加えて、赤色光を検出するフォトディテクター１０４のカラーフィルタ１０４ｂの通過帯域を、近赤外光を検出するフォトディテクター１０５のカラーフィルタ１０５ｂの通過帯域よりも広くすることが好ましい。以下、この点について説明する。図７は、一般的なフォトダイオードの感度特性を示したものである。図から分かるように、フォトダイオードの赤色光（６６０ｎｍ付近）に対する感度は、近赤外光（９００ｎｍ付近）に対する感度よりも低い。これを考慮して、赤色光を検出するフォトディテクター１０４のカラーフィルタ１０４ｂの通過帯域を、近赤外光を検出するフォトディテクター１０５のカラーフィルタ１０５ｂの通過帯域よりも広くすることにより、赤色光に対する感度の悪さを補って、フォトダイオード１０４ｂでの検出精度をフォトダイオード１０５ｂでの検出精度と同程度とすることができ、最終的なＳｐＯ_２の測定精度を向上させることができるようになる。また、そもそも測定部位を透過する赤色光の透過率は測定部位を透過する近赤外光の透過率よりも小さいので、所望の光量を確保する点においても、赤色光を検出するフォトディテクター１０４のカラーフィルタ１０４ｂの通過帯域を、近赤外光を検出するフォトディテクター１０５のカラーフィルタ１０５ｂの通過帯域よりも広くすることは効果的である。

また、上述の実施の形態では、例えば図５に示したように、赤色光を発光させる場合には常に同時に近赤外光を発光させる場合について述べたが、必ずしも赤外光と近赤外光とを常に同時に発光させなくてもよい。例えば最初の１秒間は赤色光と近赤外光とを同時に発光させ、続く１秒間は赤色光のみを発光させるようにしてもよい。つまり、赤色光と近赤外光とを同時に発光させて測定を行う期間と、赤色光又は近赤外光のいずれか一方のみを発光させて測定を行う期間とを有していてもよい。要は赤色光と近赤外光とを同時に発光させる期間を有すればよい。

本発明は、測定精度を向上し得、かつ、動作回路を簡単化し得るといった効果を得ることができ、例えば携帯型のパルスオキシメータに好適である。

１０パルスオキシメータ
１００プローブ部
１０１ケース
１０３ＬＥＤ
１０４、１０５フォトディテクター
１０４ａ、１０５ａフォトダイオード
１０４ｂ、１０５ｂカラーフィルタ
２００本体部
２０３信号処理部

Claims

赤色光及び近赤外光を同時に発光する発光部と、
測定部位を透過した前記発光部の光の透過光を受光し、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前記発光部の光の透過光を受光し、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、
前記第１及び第２のフォトディテクターの検出結果に基づいて、動脈血酸素飽和度を得る信号処理部と、
を具備するパルスオキシメータ。
前記第１のフォトディテクターは前記透過光に含まれる赤色光を通過させるカラーフィルタを有するとともに、前記第２のフォトディテクターは前記透過光に含まれる近赤外光を通過させるカラーフィルタを有し、
前記第１のフォトディテクターのカラーフィルタの通過帯域は、前記第２のフォトディテクターのカラーフィルタの通過帯域よりも広い、
請求項１に記載のパルスオキシメータ。
赤色光及び近赤外光を同時に発光する発光部と、
測定部位を透過した前記発光部の光の透過光を受光し、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前記発光部の光の透過光を受光し、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、
前記第１及び第２のフォトディテクターの検出結果を出力する出力部と、
を具備する生体情報測定用プローブ。