JP2000325330A - 生体信号検出装置及び発光レベル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検体（被照射体）に光を照射しその透過光や
反射光に基づき生体の状態を測定するための生体信号検
出装置及び発光レベル制御装置にあって、外来光の影響
を受けることなく、常に安定した測定結果を得ること。 【解決手段】プローブ部1 の発光装置11における赤色LE
D11aと赤外LED11bを交互に発光させて被検体10に照射す
ると共に、その透過光を受光装置12のフォトダイオード
12a で受光し、その受光電流IFに応じて電流／電圧変換
回路22から A/D変換回路24を介しCPU25 に読み込まれる
各発光波長での受光レベル信号Va(R),Va(IR)の比率に基
づき酸素飽和度を測定するものにあって、前記発光装置
11が未発光状態での前記受光レベル信号Vaを読み込み、
これが予め設定された受光動作の基準電圧VREFと等しく
なるように、その差分Vb(=VREF-Va)に応じて、電圧制御
回路26により前記電流／電圧変換回路22における動作点
基準電圧が補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体もしくは被
照射体に光を照射しその透過光や反射光に基づき被検体
又は被照射体の状態を検出測定するための生体信号検出
装置及び発光レベル制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の代表的な生体信号検出装置として
は、パルスオキシメータがある。

【０００３】このパルスオキしメータは、血液中のヘモ
グロビンのうち、酸素と結合した酸化ヘモグロビンと、
酸素と結合していない還元ヘモグロビンとの比率を検出
し、酸素飽和度％として演算表示するもので、酸化ヘモ
グロビンに対する吸光度が高い赤外発光ＬＥＤと還元ヘ
モグロビンに対する吸光度が高い赤色発光ＬＥＤとの２
のつ発光素子と、この発光波長の異なる２つの発光素子
を交互に発光させて生体（指や耳たぶ）に照射すること
で該生体を透過した透過光を受光する受光素子とを備
え、この受光素子による赤外発光時と赤色発光時との各
生体透過光の受光量の比、すなわち吸光度の比率を酸素
飽和度％として演算算出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のパルスオキシメータでは、受光素子により受光され
る透過光の受光レベルは、外来光が共にどの程度受光さ
れるかによって影響を受けるため、例えばメータの設置
環境が異なったり、あるいは発光素子及び受光素子とそ
の間に被検体として挟まれる指や耳たぶとの位置関係が
異なったり、あるいは被検体その物の形が異なる等して
受光素子に受光される外来光の光量が変化した場合に
は、実際に被検体の透過光を受光する以前の基準となる
受光レベルもその時々によって変化し、結局、透過光の
受光レベルをも変化させるので、正確な測定を常に安定
して行なうことができない問題がある。

【０００５】例えば同一の被検体であっても、外来光の
受光量が変化することで透過光の受光量も変化し、測定
結果にばらつきが生じてしまう。

【０００６】また、前記従来のパルスオキシメータで
は、被検体の個体差、例えば指の太さや体組織の違いに
応じてその光の透過率が異なり、受光素子により得られ
る受光レベルが大きく変化するため、極端に指が太く光
の透過率が非常に低いことで透過光の受光レベルが非常
に低かったり、極端に指が細く光の透過率が非常に高い
ことで透過光の受光レベルが非常に高かったりすると、
適正な測定を行なうことができない問題がある。

【０００７】つまり、被検体の個体差によって測定精度
にばらつきが生じてしまう。

【０００８】本発明は前記のような問題に鑑みなされた
もので、その第１の目的は、外来光の影響を受けること
なく、常に安定した測定結果を得ることが可能になる生
体信号検出装置を提供することにある。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、被検体の個
体差に影響されることなく、常に適正な透過光の受光レ
ベルを得て測定を行なうことが可能になる生体信号検出
装置を提供することにある。

【００１０】さらに、本発明の第３の目的は、被照射体
（被検体）へ照射される光の発光レベルを適正なものに
補正する発光レベル制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１に係る生体信号検出装置は、発光手段とこの発光手
段により発光される光を被検体に照射することにより得
られる被検体からの光を受光する受光手段とを有するプ
ローブと、このプローブの受光手段から出力される受光
信号の信号レベルに基づき前記被検体の状態を測定する
測定手段とを有する生体信号検出装置であって、前記発
光手段が未発光の状態で前記受光手段から出力される受
光信号の信号レベルに基づき、信号レベル測定の基準点
を補正する基準点補正手段を更に備えたことを特徴とす
る。

【００１２】このような生体信号検出装置では、発光手
段が未発光の状態で、受光手段から出力される受光信号
の信号レベルに基づき、信号レベル測定の基準点が補正
されるので、前記発光手段からの発光に伴なう被検体か
らの光でない外来光が受光される環境にあっても、その
受光動作の基準点を基準のレベルに補正することがで
き、実際に発光手段からの発光に伴なう被検体からの光
を受光する際に外来光の影響なく、該被検体からの光に
応じた正確な受光信号レベルを得ることができる。

【００１３】また、本発明の請求項２に係る生体信号検
出装置は、前記請求項１に係る生体信号検出装置にあっ
て、さらに、前記発光手段が発光の状態で前記受光手段
から出力される信号レベルに基づき、測定時の信号レベ
ルが予め設定された範囲に収まるように前記発光手段の
発光量を増減制御する発光制御手段を備えたことを特徴
とする。

【００１４】このような生体信号検出装置では、さら
に、発光手段が発光の状態での受光手段から出力される
信号レベルに基づき、測定時の信号レベルが該発光手段
の発光量を増減制御して予め設定された範囲に収まるよ
うに補正されるので、被検体の状態測定を適正に行なう
ために必要なレンジ範囲の測定信号レベルを得ることが
でき、被検体を経た光が著しく低い又は高い等、その個
体差に影響されず適正な状態測定が行なえることにな
る。

【００１５】また、本発明の請求項７に係る発光レベル
制御装置は、被照射体に光を照射する発光手段と、この
発光手段による前記被照射体に対する光の照射に応じて
該被照射体から入射する光を受光する受光手段と、この
受光手段から出力される受光信号のレベルに基づいて、
この受光信号のレベルが予め設定された範囲に収まるよ
うに前記発光手段の発光レベルを増減制御する制御手段
とを備えたことを特徴とする。

【００１６】このような発光レベル制御装置では、受光
手段から出力される受光信号のレベルに基づき、この受
光信号レベルが該発光手段の発光レベルを増減制御して
予め設定された範囲に収まるように補正されるので、例
えば被照射体の状態検出を適正に行なうために必要なレ
ンジ範囲の信号レベルを得ることができ、被照射体の個
体差に影響されず適正な状態検出が行なえることにな
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面により本発明の実施の形
態について説明する。

【００１８】図１は本発明の実施形態に係る生体信号検
出装置の電子回路の構成を示すブロック図である。

【００１９】この生体信号検出装置は、被検体（例えば
指先）１０に対し２つの波長の光を交互に照射してその
それぞれの透過光を受光するためのプローブ部１、及び
このプローブ部１における発光動作の制御を行なうと共
に、該プローブ部１にて得られる受光信号を取り込んで
動脈血の酸素飽和度％を演算算出し出力するためのシス
テム部２から構成される。

【００２０】プローブ部１には、発光装置１１と受光装
置１２が設けられる。

【００２１】発光装置１１には、６６０ｎｍの発光波長
で発光する赤色ＬＥＤ１１ａと８９０ｎｍの発光波長で
発光する赤外ＬＥＤ１１ｂが備えられ、この発光装置１
１により交互に発光される赤色発光と赤外発光とが受光
装置１２との間に挟まれた被検体１０に対して照射され
る。

【００２２】受光装置１２には、前記発光装置１１によ
る被検体１０に対する光の照射によって該被検体１０を
透過してくる透過光を受光するためのフォトダイオード
１２ａが備えられ、このフォトダイオード１２ａの受光
動作に応じて出力される受光電流ＩF は、システム部２
内の増幅回路（電流アンプ）２１を介して増幅され、電
流／電圧変換回路２２に供給されて電圧変換される。

【００２３】この電流／電圧変換回路２２により電圧変
換された生体（被検体１０）透過光の受光信号は、一方
で増幅回路２３を介してＮ倍（Ｎ＝２，４，８，…）に
増幅されてＡ／Ｄ変換回路２４の第１端子ＣＨ１に供給
され、デジタル変換された受光レベル信号Ｖa1としてＣ
ＰＵ２５に読み込まれる。また、他方で直接Ａ／Ｄ変換
回路２４の第２端子ＣＨ２に供給され、デジタル変換さ
れた受光レベル信号Ｖa2としてＣＰＵ２５に読み込まれ
る。

【００２４】一方、前記電流／電圧変換回路２２におけ
る、前記プローブ部１の発光装置１１が未発光状態にあ
る時の動作基準電圧、つまり、受光装置１２のフォトダ
イオード１２ａに対し被検体１０を介した透過光が受光
されない状態での受光動作の基準となる動作点電圧は、
電圧制御回路２６から与えられる基準電圧によって制御
設定されるもので、この電圧制御回路２６から前記電流
／電圧変換回路２２に与えるべく基準電圧を調整するた
めの信号は、前記プローブ部１における発光装置１１の
未発光時において前記Ａ／Ｄ変換回路２４から読み込ま
れる各受光レベル信号Ｖa1，Ｖa2に基づきＣＰＵ２５に
より生成されて電圧制御回路２６内のＤ／Ａ変換回路２
６ａに出力される。

【００２５】すなわち、前記電流／電圧制御回路２２で
は、プローブ部１における発光装置１１が未発光状態に
ある受光装置１２からの受光電流ＩF に応じた動作点基
準電圧をＶREF として設定したいところ、プローブ部１
の設置環境における外来光が受光装置１２のフォトダイ
オード１２ａに受光されると、発光装置１１の未発光状
態にあっても、前記外来光の受光に応じた受光電流ＩF
が出力されて電流／電圧変換回路２２における動作点基
準電圧ＶREF がシフトしてしまうもので、このため、本
発明の実施形態における生体信号検出装置では、この外
来光受光の影響による動作点基準電圧ＶREF の変動（シ
フト）を解消するための補正処理を行なう。

【００２６】つまり、プローブ部１の発光装置１１が未
発光状態での電流／電圧変換回路２２の動作点基準電圧
ＶREF となるべき増幅回路２３を介した受光レベル信号
Ｖa1をＣＰＵ２５において読み込み、前記増幅回路２３
の増幅率Ｎを基準電圧ＶREFに掛けた値（Ｎ・ＶREF ）
と前記受光レベル信号Ｖa1が一致しない場合には、その
差（シフト量）であるＶｂ（＝Ｎ・ＶREF −Ｖa1）を算
出して電圧制御回路２６へ出力し、この電圧制御回路２
６から前記Ｖｂを前記増幅率Ｎで割った電流／電圧変換
回路２２における実シフト値Ｖｂ／ＮをＶREF に加算し
た電圧を、基準電圧（ＶREF ＋Ｖｂ／Ｎ）として電流／
電圧変換回路２２に与える。

【００２７】さらに同様に、プローブ部１の発光装置１
１が未発光状態での電流／電圧変換回路２２の動作点基
準電圧ＶREF となるべきそのままの受光レベル信号Ｖa2
をＣＰＵ２５において読み込み、この受光レベル信号Ｖ
a2と基準電圧ＶREF とが一致しない場合には、その差
（シフト量）であるＶｂ（＝ＶREF −Ｖa2）を算出して
電圧制御回路２６へ出力し、この電圧制御回路２６から
前記電流／電圧変換回路２２における実シフト値Ｖｂを
ＶREF に加算した電圧を、基準電圧（ＶREF ＋Ｖｂ）と
して電流／電圧変換回路２２に与える。

【００２８】このように、増幅回路２３を介した受光レ
ベル信号Ｖa1とそのままの受光レベル信号Ｖa2とに基づ
く２段階の電流／電圧変換回路２２に対する動作点基準
電圧ＶREF の補正制御を行なうことにより、前記受光装
置１２に対し外来光が受光されても、電流／電圧変換回
路２２における動作点基準電圧ＶREF を一定に設定でき
るようになる。

【００２９】一方、ＣＰＵ２５には、さらに、発光電流
制御回路２５ａ及びタイミング発生回路２５ｂが備えら
れ、この発光電流制御回路２５ａからの発光電流制御信
号及びタイミング発生回路２５ｂからの発光タイミング
制御信号は、ＬＥＤ駆動装置２７へ出力される。

【００３０】このＬＥＤ駆動装置１７には、前記プロー
ブ部１の発光装置１１における赤色ＬＥＤ１１ａと赤外
ＬＥＤ１１ｂとをそれぞれ点灯させるための赤色発光駆
動回路２７ａと赤外発光駆動回路２７ｂとが備えられる
と共に、この各駆動回路２７ａ，２７ｂによるそれぞれ
の発光駆動電流を設定するための定電流回路２７ｃが備
えられる。

【００３１】そして、前記定電流回路２７ｃにおける発
光駆動電流の設定値は前記ＣＰＵ２５内の発光電流制御
回路２５ａからの発光電流制御信号により調整され、ま
た、その発光駆動電流による各ＬＥＤ１１ａ，１１ｂそ
れぞれの駆動のタイミング（図４参照）は、前記ＣＰＵ
２５内のタイミング発生回路２５ｂからの発光タイミン
グ制御信号により制御される。

【００３２】ここで、前記ＬＥＤ駆動装置２７の定電流
回路２７ｃによる赤色ＬＥＤ１１ａ用の発光駆動電流の
設定値と、赤外ＬＥＤ１１ｂ用の発光駆動電流の設定値
とは、そのそれぞれの発光により被検体１０からの透過
光が受光装置１２に受光された状態での、前記Ａ／Ｄ変
換回路２４からＣＰＵ２５に読み込まれる受光レベル信
号Ｖa1が、所定のレベルに設定されるよう発光電流制御
回路２５ａにより調整するもので、この場合、被検体１
０に対する動脈血の流れ込みが最小のタイミング、つま
り、被検体１０の組織及び静脈血による固定的な吸光が
主で該動脈血による吸光が最小になりフォトダイオード
１２ａにおける受光量が最大となってＣＰＵ２５に読み
込まれる受光レベル信号Ｖa1が最大となるタイミング
（図２及び図５参照）において、当該受光レベル信号Ｖ
a1が、所定のレベルに設定されるよう前記各ＬＥＤ１１
ａ，１１ｂの発光量は調整される。

【００３３】このように、発光装置１１の発光時におけ
る被検体１０からの透過光の受光装置１２による受光に
伴ない、赤色及び赤外発光時それぞれの受光レベル信号
Ｖa1が所定のレベルとして得られるようにＬＥＤ発光量
の補正を行なうことで、被検体１０の光の透過率が非常
に低かったり高かったりする等の個体差があっても、安
定した受光レベル信号Ｖa1を読み込んで動脈血酸素飽和
度％の適正な測定ができるようになる。

【００３４】さらに、前記ＣＰＵ２５には、入力装置２
８、外部記憶装置２９、表示部３０、該表示部３０のバ
ックライト３１を点灯制御するためのバックライト制御
装置３２、そして出力装置３３が接続される。

【００３５】入力装置２８には、本装置による生体信号
検出処理の開始を指示するための測定開始スイッチ及び
バックライト３０の点灯スイッチが備えられる。

【００３６】外部記憶装置２９には、ＣＰＵ２５を中心
とする生体信号検出処理に応じて測定された種々のデー
タが記憶される。

【００３７】バックライト制御装置３２は、表示部３０
のバックライト３１に対する点灯，消灯の制御、及びそ
の点灯時における点灯レベル制御を行なうもので、前記
電流／電圧変換回路２２における受光動作の基準電圧補
正処理に伴ない、前記発光装置１１が未発光状態での受
光装置１２による外来光の受光量に応じた受光レベル信
号Ｖa1がＣＰＵ２５に読み込まれた際に、当該受光レベ
ル信号Ｖa1により外部環境の明るさが判定され、これに
応じてバックライト３１に対する点灯レベルが最適なレ
ベルに制御される。

【００３８】ここで、前記生体信号検出装置により被検
体１０の動脈血酸素飽和度を測定するための原理につい
て説明する。

【００３９】本装置は、脈拍による動脈の血液量変動を
利用することによって、動脈血酸素飽和度を測定する装
置であり、採血の必要がなく、被検体１０（例えば指）
に光を当てるだけで測定できるため、麻酔や集中治療の
領域モニタをはじめ、各種検査，臨床研究機器として使
用される。

【００４０】血液中のヘモグロビンのうち、酸素と結合
したヘモグロビンを酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ₂ ）、酸
素と結合していないヘモグロビンを還元ヘモグロビン
（Ｈｂ）と呼び、この比率を％で表わしたものが酸素飽
和度（ＳｐＯ₂ ）である。

【００４１】血液は酸素を含めば赤くなり、酸素を失え
ば黒くなる。よって、血液の色を見れば酸素量の評価が
行なえる。体外から測定する場合、動脈流と静脈流が混
ざった状態で得られてしまうが、実際に測定したいのは
動脈流単独の飽和度であるので、動脈流の脈動を利用す
る。

【００４２】図２は人体に光を透過させた場合の吸光度
全体に対する各吸光成分の割合とその脈動に伴なう吸光
度の変化状態を示す図である。

【００４３】被検体１０に対し光を透過させた場合の光
の吸収の度合いは、当然脈動成分を持っている。この脈
動成分は動脈の拍動によって起こる。

【００４４】心臓の拍動に一致して変化するのは動脈成
分であり、従ってこの拍動部分の血液の色を取り出すこ
とで、動脈血の色だけを分離して測定することが可能で
ある。

【００４５】すなわち、図２に示すように、血管以外の
組織と静脈血による光の吸収は心拍の影響を受けないの
で一定なのに対し、動脈血は脈動するのでその成分によ
る光の吸収は心拍に同期して変動する。

【００４６】このように、動脈血による吸光が心拍に伴
ない変動しているので、吸光全体から変動の不変な成分
を数値的に差し引けば、人体組織や静脈血による吸光の
成分は除去され、動脈血による吸光成分のみが残り、こ
れが動脈血酸素飽和度を示すものとなる。

【００４７】酸素を光により測定する原理は、Ｌａｍｂ
ｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則と吸光による測定の原理に基づ
く。

【００４８】（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）の法則 基本：“吸光量は、入る光と溶質濃度の積に比例する” 液体に物質が溶けている溶液で、入射光Ｉinと透過光Ｉ
out の比が物質の濃度と光路長に比例した分だけ減衰す
る。

【００４９】Ａ＝ｌｏｇ（Ｉin／Ｉout ）＝Ｅ・Ｃ・Ｄ Ａ：吸光度 Ｃ：濃度 Ｅ：吸光係数 Ｄ：厚み 吸光係数Ｅとは、試料固有の光吸収の強さを表わす定数
であり、入射光の波長に依存する。

【００５０】ここで、厚みがΔＤだけ増加して透過光が
減少し（Ｉin−ΔＩ）になったとする。これは、あたか
も厚みΔＤに入射光Ｉout が入射し（Ｉout −ΔＩ）な
る透過光が得られたことに等しい。従って次式が成立す
る。

【００５１】ΔＡ＝ｌｏｇ｛Ｉout ／（Ｉout −Δ
Ｉ）｝＝Ｅ・Ｃ・ΔＤ 本装置では、動脈血の脈動によって厚みの変化ΔＤが生
じ、その結果吸光度がΔＡだけ変化したと考える。

【００５２】ここで、２つの波長でΔＡを測定すると、 ΔＡ1 ＝Ｅ1 ・Ｃ・ΔＤ ΔＡ2 ＝Ｅ2 ・Ｃ・ΔＤ Ｅ1 ：波長１の動脈血の吸光係数 Ｅ2 ：波長２の動脈血の吸光係数 吸光度の比ΔＡ1 ／ΔＡ2 をφとして求めると、濃度Ｃ
と厚みの変化ΔＤは波長によらず一定であるので、 φ＝ΔＡ1 ／ΔＡ2 ＝Ｅ1 ／Ｅ2 と表現される。

【００５３】酸素飽和度Ｓとφは、１対１の関係にある
ことから、φが決まればＳも決定する。

【００５４】よって、異なる２波長の光源を用い、酸化
ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの比率により動脈血酸
素飽和度を求めることが可能となる。

【００５５】図３は赤色発光波長と赤外発光波長におけ
る酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに対する吸光
度の変化とその吸光度比に応じた酸素飽和度の変化を示
す図であり、同図（Ａ）は酸化ヘモグロビンと還元ヘモ
グロビンに対する発光波長と吸光度の関係を示す図、同
図（Ｂ）は赤色光と赤外光の吸光度比と酸素飽和度との
関係を示す図である。

【００５６】図４は前記生体信号検出装置の赤色ＬＥＤ
１１ａと赤外ＬＥＤ１１ｂにおける発光駆動間隔を示す
タイミングチャートである。

【００５７】図５は前記生体信号検出装置の赤色ＬＥＤ
１１ａと赤外ＬＥＤ１１ｂの発光に伴なう脈動に応じた
各受光信号波形を示す図である。

【００５８】すなわち、プローブ部１の発光装置１１に
おける赤色ＬＥＤ１１ａと赤外ＬＥＤ１１ｂとは、図４
に示すように、ＣＰＵ２５内のタイミング発生回路２５
ｂからＬＥＤ駆動装置２７へ出力される発光タイミング
制御信号に応じて時分割駆動され、図５に示すように、
Ａ／Ｄ変換回路２４からＣＰＵ２５に読込まれる脈動に
応じた受光合成信号から分離される各発光波長毎の受光
レベル信号Ｖａの比率（Ａ／Ｂ）により、動脈血酸素飽
和度（ＳｐＯ₂ ）が演算算出される。

【００５９】この場合、被検体１０に対する動脈血の流
れ込みが最大のタイミング、つまり、被検体１０の組織
及び静脈血による固定的な吸光と共に該動脈血による吸
光が最大になりフォトダイオード１２ａにおける受光量
が最小となってＣＰＵ２５に読み込まれる受光レベル信
号Ｖａが最小（図５では暗レベル最大）となるタイミン
グにおいて、赤色発光に伴なう受光レベル信号ＶａR と
赤外発光に伴なう受光レベル信号ＶａIRとが分離され、
その比率（Ａ／Ｂ）に対応した動脈血酸素飽和度（Ｓｐ
Ｏ₂ ）が測定される。

【００６０】なお、赤色光Ｒと赤外光ＩＲの受光レベル
の比率に対応する酸素飽和度（ＳｐＯ₂ ）は、予めＲＯ
Ｍテーブルとして格納し測定時に対応するデータを読み
出す構成としてもよいし、その都度、前記脈動に伴なう
吸光度比（ΔＡ1 ／ΔＡ2 ）に基づき演算算出する構成
としてもよい。

【００６１】次に、前記構成による生体信号検出装置の
一連の動作について説明する。

【００６２】図６は前記生体信号検出装置による生体信
号検出処理を示すフローチャートである。

【００６３】プローブ部１における発光装置１１と受光
装置１２との間に被検体１０を挟み込み、入力装置２８
に備えられる測定開始キーを操作すると、ＣＰＵ２５の
内部ＲＯＭあるいは外部記憶装置２９に記憶されている
システムプログラムに従って図６における生体信号検出
処理が起動される。

【００６４】この生体信号検出処理が起動されると、ま
ず、発光装置１１の未発光時における増幅回路２３を介
した側の受光レベル信号Ｖa1、つまり、被検体１０を通
した透過光の受光以前でもプローブ部１の設置環境に応
じた受光装置１２での外来光の受光動作に伴ない増幅回
路２３によりＮ倍されてＡ／Ｄ変換回路２４から出力さ
れる受光レベル信号Ｖa1がＣＰＵ２５に読み込まれる
（ステップＳ１）。

【００６５】すると、このＣＰＵ２５に読み込まれた発
光装置１１の未発光時における増幅側受光レベル信号Ｖ
a1がＮ倍にした受光動作の基準電圧（Ｎ・ＶREF ）と等
しいか否か、つまり、電圧／電流変換回路２２から出力
される受光装置１２での受光動作に応じた出力電圧が、
予め設定された基準電圧ＶREF となっているか否か判断
される（ステップＳ２）。

【００６６】ここで、前記プローブ部１の設置環境に応
じた外来光が受光装置１２のフォトダイオード１２ａに
受光されていることで、その受光電流ＩF の上昇に応じ
電流／電圧変換回路２２からの出力電圧が前記基準電圧
ＶREF からシフトし、これにより前記ＣＰＵ２５に読み
込まれた増幅側の受光レベル信号Ｖa1が基準電圧（Ｎ・
ＶREF ）に等しくないと判断されると、その差（シフト
量）であるＶｂ（＝Ｎ・ＶREF −Ｖa1）が算出されて電
圧制御回路２６へ出力される（ステップＳ２→Ｓ３）。

【００６７】すると、この電圧制御回路２６から前記Ｖ
ｂを前記増幅率Ｎで割った電流／電圧変換回路２２にお
ける実シフト値Ｖｂ／ＮをＶREF に加算した電圧が、基
準電圧（ＶREF ＋Ｖｂ／Ｎ）として電流／電圧変換回路
２２に与えられる（ステップＳ４）。

【００６８】こうして、増幅回路２３を介した受光レベ
ル信号Ｖa1に基づく第１段階の電流／電圧変換回路２２
に対する動作点基準電圧ＶREF の補正制御により、前記
受光装置１２に対し外来光が受光されていても、発光装
置１１の未発光時における増幅側受光レベル信号Ｖa1が
Ｎ倍にした受光動作の基準電圧（Ｎ・ＶREF ）と等しく
設定されたと判断されると、さらに同様に、プローブ部
１の発光装置１１が未発光状態での電流／電圧変換回路
２２の動作点基準電圧ＶREF となるべきそのままの受光
レベル信号Ｖa2が、ＣＰＵ２５において読み込まれる
（ステップＳ１，Ｓ２→Ｓ５）。

【００６９】そして、前記ＣＰＵ２５に読み込まれた受
光レベル信号Ｖa2と基準電圧ＶREFとが一致しないと判
断された場合には、その差（シフト量）であるＶｂ（＝
ＶREF −Ｖa2）が算出されて電圧制御回路２６へ出力さ
れる（ステップＳ６→Ｓ７）。

【００７０】すると、この電圧制御回路２６から前記電
流／電圧変換回路２２における実シフト値ＶｂをＶREF
に加算した電圧が、基準電圧（ＶREF ＋Ｖｂ）として電
流／電圧変換回路２２に与えられる（ステップＳ８）。

【００７１】こうして、電流／電圧変換回路２２からの
そのままの受光レベル信号Ｖa2に基づく第２段階の電流
／電圧変換回路２２に対する動作点基準電圧ＶREF の補
正制御により、前記受光装置１２に対し外来光が受光さ
れていても、発光装置１１の未発光時における受光レベ
ル信号Ｖa2が受光動作の基準電圧（ＶREF ）と等しく設
定されたと判断されると、ステップＳ９〜Ｓ１６におけ
る発光レベルの制御処理に移行される（ステップＳ５，
Ｓ６→Ｓ９）。

【００７２】このように、増幅回路２３を介した受光レ
ベル信号Ｖa1とそのままの受光レベル信号Ｖa2とに基づ
く２段階の電流／電圧変換回路２２に対する動作点基準
電圧ＶREF の補正制御を行なうことにより、前記受光装
置１２に対し外来光が受光されても、電流／電圧変換回
路２２における動作点基準電圧ＶREF を高精度に一定に
設定することができる。

【００７３】前記ステップＳ１〜Ｓ８における動作点基
準電圧ＶREF の補正制御が行なわれると、ステップＳ９
〜Ｓ１６における発光レベルの制御処理に移行され、ま
ず、ＣＰＵ２５の発光電流制御回路２５ａから所定初期
レベルの赤色発光駆動用の発光電流制御信号がＬＥＤ駆
動装置２７の定電流回路２７ｃへ出力され、赤色発光駆
動回路２７ａによりプローブ部１の発光装置１１におけ
る赤色ＬＥＤ１１ａが所定初期レベルの発光量で点灯さ
れる（ステップＳ９）。

【００７４】すると、被検体１０を通した赤色発光の透
過光が受光装置１２のフォトダイオード１２ａに受光さ
れ、このフォトダイオード１２ａから出力される受光電
流ＩF に応じて、電流／電圧変換回路２２からは前記基
準電圧ＶREF から受光量分シフトした受光電圧信号が出
力されるもので、これに対応してＡ／Ｄ変換回路２４か
ら出力される受光レベル信号Ｖa1がＣＰＵ２５に読み込
まれ、当該赤色発光の透過光に応じた受光レベル信号Ｖ
a1が適正な測定処理を行なうために必要なレンジ範囲の
所定の受光レベルに等しいか否か判断される（ステップ
Ｓ１０，Ｓ１１）。

【００７５】ここで、例えば前記プローブ部１に挟み込
んだ被検体１０である指が非常に太いことでその光の透
過率が極めて低く、赤色透過光の受光動作により得られ
る前記基準電圧ＶREF からのシフト量が非常に小さいこ
とで、これに対応する受光レベル信号Ｖa1は所定の受光
レベルより大幅に小さいと判断されると、ＣＰＵ２５の
発光電流制御回路２５ａからＬＥＤ駆動装置２７の定電
流回路２７ｃへ出力されている赤色発光駆動用の発光電
流制御信号により、赤色発光駆動回路２７ａからの赤色
ＬＥＤ１１ａに対する発光駆動電流が増加制御される
（ステップＳ１１→Ｓ１２）。

【００７６】こうして、赤色ＬＥＤ１１ａによる発光量
が増加されるのに伴ない、被検体１０を通した赤色透過
光の受光装置１２における受光量も増大され、前記Ａ／
Ｄ変換回路２４からＣＰＵ２５に読み込まれる受光レベ
ル信号Ｖa1が適正な測定処理を行なうために必要なレン
ジ範囲の所定の受光レベルに等しくなったと判断される
と、続いて同様に、ＣＰＵ２５の発光電流制御回路２５
ａから所定初期レベルの赤外発光駆動用の発光電流制御
信号がＬＥＤ駆動装置２７の定電流回路２７ｃへ出力さ
れ、赤外発光駆動回路２７ｂによりプローブ部１の発光
装置１１における赤外ＬＥＤ１１ｂが所定初期レベルの
発光量で点灯される（ステップＳ１０，Ｓ１１→Ｓ１
３）。

【００７７】すると、被検体１０を通した赤外発光の透
過光が受光装置１２のフォトダイオード１２ａに受光さ
れ、このフォトダイオード１２ａから出力される受光電
流ＩF に応じて、電流／電圧変換回路２２からは前記基
準電圧ＶREF から受光量分シフトした受光電圧信号が出
力されるもので、これに対応してＡ／Ｄ変換回路２４か
ら出力される受光レベル信号Ｖa1がＣＰＵ２５に読み込
まれ、当該赤外発光の透過光に応じた受光レベル信号Ｖ
a1が適正な測定処理を行なうために必要なレンジ範囲の
所定の受光レベルに等しいか否か判断される（ステップ
Ｓ１４，Ｓ１５）。

【００７８】ここで、例えば前記同様にプローブ部１に
挟み込んだ被検体１０である指が非常に太いことでその
光の透過率が極めて低く、赤外透過光の受光動作により
得られる前記基準電圧ＶREF からのシフト量も非常に小
さいことで、これに対応する受光レベル信号Ｖa1は所定
の受光レベルより大幅に小さいと判断されると、ＣＰＵ
２５の発光電流制御回路２５ａからＬＥＤ駆動装置２７
の定電流回路２７ｃへ出力されている赤外発光駆動用の
発光電流制御信号により、赤外発光駆動回路２７ｂから
の赤外ＬＥＤ１１ｂに対する発光駆動電流が増加制御さ
れる（ステップＳ１５→Ｓ１６）。

【００７９】こうして、赤外ＬＥＤ１１ａによる発光量
が増加されるのに伴ない、被検体１０を通した赤外透過
光の受光装置１２における受光量も増大され、前記Ａ／
Ｄ変換回路２４からＣＰＵ２５に読み込まれる受光レベ
ル信号Ｖa1が適正な測定処理を行なうために必要なレン
ジ範囲の所定の受光レベルに等しくなったと判断される
と、前述の動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ₂ ）の測定原理に
従った測定処理に移行される（ステップＳ１４，Ｓ１５
→Ｓ１７）。

【００８０】この場合、被検体１０に対する動脈血の流
れ込みが最小のタイミング、つまり、被検体１０の組織
及び静脈血による固定的な吸光が主で該動脈血による吸
光が最小になりフォトダイオード１２ａにおける受光量
が最大となってＣＰＵ２５に読み込まれる各受光レベル
信号Ｖa1(R) ，Ｖa1(IR)が最大となるタイミング（図５
中では光量大）において、当該受光レベル信号Ｖa1(R)
，Ｖa1(IR)が、それぞれ所定の受光レベルに設定され
るよう前記各ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの発光量が制御され
る。

【００８１】このように、赤色及び赤外発光時それぞれ
の受光レベル信号Ｖa1(R) ，Ｖa1(IR)が所定のレベルと
して得られるようにＬＥＤ発光量の補正を行なうこと
で、被検体１０の光の透過率が非常に低かったり高かっ
たりする等の個体差があっても、安定した受光レベル信
号Ｖa1を読み込んで動脈血酸素飽和度の適正な測定をお
こなうことができる。

【００８２】すなわち、これ以降継続的に交互発光駆動
される赤色ＬＥＤ１１ａからの赤色光と赤外ＬＥＤ１１
ｂからの赤外光とに対応する各透過光の受光レベル信号
Ｖa1(R) とＶa1(IR)が順次読み込まれ、被検体１０に対
する動脈血の流れ込みが最大となるタイミング、つま
り、該動脈血による吸光が最大となり、フォトダイオー
ド１２ａにおける受光量が最小となってＣＰＵ２５に読
み込まれる受光レベル信号Ｖａが最小（図５では暗レベ
ル最大）となるタイミングにおいて、この赤色光と赤外
光による受光レベル信号Ｖa1(R) ，Ｖa1(IR)の比として
得られる被検体１０における吸光度の比率（Ａ／Ｂ）に
基づき動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ₂ ）が演算算出されて
外部記憶装置２９に記憶され、表示部３０に表示される
（ステップＳ１７）。

【００８３】一方、前記ステップＳ１〜Ｓ８におけるＬ
ＥＤ未発光時の電流／電圧変換回路２２における受光動
作の基準電圧補正処理に伴ない、Ａ／Ｄ変換回路２４か
らＣＰＵ２５に読み込まれる受光レベル信号Ｖａに応じ
て外部環境の明るさが判定され、これに応じてバックラ
イト制御装置３２によりバックライト３１に対する点灯
レベルが最適なレベルに制御される。

【００８４】すなわち、例えば前記ＬＥＤ未発光時にお
ける受光装置１２での外来光の受光量に対応した受光レ
ベル信号Ｖa1が、予め設定される第１レベル以下に低下
し、周囲の明るさが若干暗くなったと判定されると、バ
ックライト制御装置３２により表示部３０のバックライ
ト３１が第１レベルの発光量で点灯駆動される。

【００８５】また、前記ＬＥＤ未発光時における受光装
置１２での外来光の受光量に対応した受光レベル信号Ｖ
a1が、さらに低下して予め設定される第２レベル以下と
なり、周囲の明るさが非常に暗くなったと判定される
と、バックライト制御装置３２により表示部３０のバッ
クライト３１が第２レベルの発光量で点灯駆動される。

【００８６】これにより、外部環境の明るさの変化に関
係なく、何時でも見易い明るさの表示画面を提供でき、
前記測定された動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ₂ ）のデータ
を常時明瞭に表示できるようになる。

【００８７】したがって、前記構成の生体信号検出装置
によれば、プローブ部１の発光装置１１における赤色Ｌ
ＥＤ１１ａと赤外ＬＥＤ１１ｂを交互に発光させて被検
体１０に照射すると共に、その透過光を受光装置１２の
フォトダイオード１２ａで受光し、その受光電流ＩF に
応じて電流／電圧変換回路２２からＡ／Ｄ変換回路２４
を介しＣＰＵ２５に読み込まれる各発光波長での受光レ
ベル信号Ｖa(R)，Ｖa(IR) の比率に基づき酸素飽和度
（ＳｐＯ₂ ）を測定するものにあって、前記発光装置１
１が未発光状態での前記受光レベル信号Ｖa を読み込
み、これが予め設定された受光動作の基準電圧ＶREF と
等しくなるように、その差分Ｖｂ（＝ＶREF−Ｖa ）に
応じて、電圧制御回路２６により前記電流／電圧変換回
路２２における動作点基準電圧が補正されるので、前記
被検体１０を透過した透過光とは別に環境外来光のフォ
トダイオード１２ａでの受光による受光電流ＩF の余分
なシフトが生じても、その受光動作の基準電圧を常に予
め設定された基準電圧ＶREF に設定することができ、前
記各ＬＥＤ１１ａ，１１ｂの発光による受光レベル信号
Ｖa(R)，Ｖa(IR) の比率に基づく酸素飽和度（Ｓｐ
Ｏ₂ ）の測定を常に正確に安定して行なうことができ
る。

【００８８】また、前記構成の生体信号検出装置によれ
ば、発光装置１１の赤色ＬＥＤ１１ａと赤外ＬＥＤ１１
ｂの交互発光に伴なう被検体透過光の受光装置１２での
受光に応じて、ＣＰＵ２５に読み込まれる各発光波長で
の受光レベル信号Ｖa(R)，Ｖa(IR) が、適正な測定処理
を行なうために必要なレンジ範囲の所定の受光レベルに
等しくなるように、発光電流制御回路２５ａからＬＥＤ
駆動装置２７の定電流回路２７ｃに出力される発光電流
制御信号により、各ＬＥＤ１１ａ，１１ｂにおける発光
量が増減調整されて補正されるので、例えば被検体１０
としての指が太く光の透過率が非常に低かったり、逆に
指が細く該透過率が非常に高かったりしても、このよう
な被検体１０の個体差に影響されず、測定精度にばらつ
きの生じない適正な酸素飽和度（ＳｐＯ₂ ）の測定を行
なうことができる。またそればかりでなく、各ＬＥＤ１
１ａ，１１ｂ自体の個体差の影響による発光量のばらつ
きに伴なう、透過光受光レベル変動の問題も解消するこ
とができる。

【００８９】さらに、前記構成の生体信号検出装置によ
れば、発光装置１１が未発光状態での電流／電圧変換回
路２２における受光動作の基準電圧を、Ａ／Ｄ変換回路
２４を介して得られる受光レベル信号Ｖa に基づき予め
設定された基準電圧ＶREF に補正する処理は、まず、電
流／電圧変換回路２２からＮ倍の増幅回路を介した受光
レベル信号Ｖa1をＮ倍の基準電圧（Ｎ・ＶREF ）に等し
くする補正処理と、次に、電流／電圧変換回路２２から
のそのままの受光レベル信号Ｖa2を基準電圧ＶREF に等
しくする補正処理との２段階の補正処理によって成され
るので、受光装置１２に対し外来光が受光されても、電
流／電圧変換回路２２における動作点基準電圧ＶREF を
高精度に一定に設定することができ、その後の各ＬＥＤ
１１ａ，１１ｂの発光による受光レベル信号Ｖa(R)，Ｖ
a(IR) の比率に基づく酸素飽和度（ＳｐＯ₂ ）の測定処
理をより正確に行なうことができる。

【００９０】なお、前記実施形態における生体信号検出
装置では、プローブ部１を、発光装置１１により発光さ
れる光を被検体１０に透過させ、その透過光を受光装置
１２で受光するものとして構成したが、同発光装置１１
により発光される光を被検体１０に反射させ、その反射
光を受光装置１２で受光するものとして構成してもよ
い。このような被検体反射光受光型のプローブ部とした
生体信号検出装置であっても、前記実施形態と全く同様
の未発光時における受光動作基準電圧の補正処理及び発
光時の発光電流制御による受光レベル信号Ｖa の所定値
補正処理を行なうことにより、外来光や被検体１０の個
体差等に影響を受けない安定した測定処理を行なうこと
ができる。

【００９１】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１に係る
生体信号検出装置によれば、発光手段が未発光の状態
で、受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基
づき、信号レベル測定の基準点が補正されるので、前記
発光手段からの発光に伴なう被検体からの光でない外来
光が受光される環境にあっても、その受光動作の基準点
を基準のレベルに補正することができ、実際に発光手段
からの発光に伴なう被検体からの光を受光する際に外来
光の影響なく、該被検体からの光に応じた正確な受光信
号レベルを得ることができる。

【００９２】よって、外来光の影響を受けることなく、
常に安定した測定結果を得ることが可能になる。

【００９３】また、本発明の請求項２に係る生体信号検
出装置によれば、前記請求項１に係る生体信号検出装置
にあって、さらに、発光手段が発光の状態での受光手段
から出力される信号レベルに基づき、測定時の信号レベ
ルが該発光手段の発光量を増減制御して予め設定された
範囲に収まるように補正されるので、被検体の状態測定
を適正に行なうために必要なレンジ範囲の測定信号レベ
ルを得ることができ、被検体を経た光が著しく低い又は
高い等、その個体差に影響されず適正な状態測定が行な
えるようになる。

【００９４】よって、被検体の個体差に影響されること
なく、常に適正な透過光の受光レベルを得て測定を行な
うことが可能になる。

【００９５】さらに、本発明の請求項７に係る発光レベ
ル制御装置によれば、受光手段から出力される受光信号
のレベルに基づき、この受光信号レベルが該発光手段の
発光レベルを増減制御して予め設定された範囲に収まる
ように補正されるので、例えば被照射体の状態検出を適
正に行なうために必要なレンジ範囲の信号レベルを得る
ことができ、被照射体の個体差に影響されず適正な状態
検出が行なえることになる。

【００９６】よって、被照射体（被検体）へ照射される
光の発光レベルを適正なものに補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る生体信号検出装置の電
子回路の構成を示すブロック図。

【図２】人体に光を透過させた場合の吸光度全体に対す
る各吸光成分の割合とその脈動に伴なう吸光度の変化状
態を示す図。

【図３】赤色発光波長と赤外発光波長における酸化ヘモ
グロビン及び還元ヘモグロビンに対する吸光度の変化と
その吸光度比に応じた酸素飽和度の変化を示す図であ
り、同図（Ａ）は酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビン
に対する発光波長と吸光度の関係を示す図、同図（Ｂ）
は赤色光と赤外光の吸光度比と酸素飽和度との関係を示
す図。

【図４】前記生体信号検出装置の赤色ＬＥＤと赤外ＬＥ
Ｄにおける発光駆動間隔を示すタイミングチャート。

【図５】前記生体信号検出装置の赤色ＬＥＤと赤外ＬＥ
Ｄの発光に伴なう脈動に応じた各受光信号波形を示す
図。

【図６】前記生体信号検出装置による生体信号検出処理
を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ …プローブ部、 １０ …被検体、 １１ …発光装置、 １１ａ…赤色ＬＥＤ、 １１ｂ…赤外ＬＥＤ、 １２ …受光装置、 １２ａ…フォトダイオード、 ２ …システム部、 ２１ …増幅回路（電流アンプ）、 ２２ …電流／電圧変換回路、 ２３ …増幅回路（電圧アンプ）、 ２４ …Ａ／Ｄ変換回路、 ２５ …ＣＰＵ、 ２５ａ…発光電流制御回路、 ２５ｂ…タイミング発生回路、 ２６ …電圧制御回路、 ２６ａ…Ｄ／Ａ変換回路、 ２７ …ＬＥＤ駆動装置、 ２７ａ…赤色ＬＥＤ駆動回路、 ２７ｂ…赤外ＬＥＤ駆動回路、 ２８ …入力装置、 ２９ …外部記憶装置、 ３０ …表示部 ３１ …バックライト、 ３２ …バックライト制御装置、 ３３ …出力装置（コネクタ）、 Ｖa(R)…赤色透過光受光信号、 Ｖa(IR) …赤外透過光受光信号。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光手段とこの発光手段により発光され
   る光を被検体に照射することにより得られる被検体から
   の光を受光する受光手段とを有するプローブと、このプ
   ローブの受光手段から出力される受光信号の信号レベル
   に基づき前記被検体の状態を測定する測定手段とを有す
   る生体信号検出装置であって、 前記発光手段が未発光の状態で前記受光手段から出力さ
   れる受光信号の信号レベルに基づき、信号レベル測定の
   基準点を補正する基準点補正手段を更に備えたことを特
   徴とする生体信号検出装置。
2. 【請求項２】 さらに、 前記発光手段が発光の状態で前記受光手段から出力され
   る信号レベルに基づき、測定時の信号レベルが予め設定
   された範囲に収まるように前記発光手段の発光量を増減
   制御する発光制御手段を備えたことを特徴とする請求項
   １に記載の生体信号検出装置。
3. 【請求項３】 さらに、前記基準点補正手段は、 前記受光手段から出力される受光信号を増幅する増幅手
   段と、 この増幅手段によって増幅された受光信号の信号レベル
   を入力する第１の入力手段と、 前記受光手段から出力される受光信号のそのままの信号
   レベルを入力する第２の入力手段とを備え、 前記第１の入力手段から出力される信号レベルと、前記
   第２の入力手段から出力される信号レベルとに基づき、
   信号レベル測定の基準点を補正することを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の生体信号検出装置。
4. 【請求項４】 さらに、 前記測定手段により測定した被検体の状態を表示する表
   示手段と、 この表示手段の表示画面を照明する照明手段と、 前記発光手段が未発光の状態で前記受光手段から出力さ
   れる受光信号の信号レベルに応じて前記照明手段による
   照明の明るさを制御する照明制御手段とを備えたことを
   特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の
   生体信号検出装置。
5. 【請求項５】 前記受光手段は、前記発光手段により発
   光される光を被検体に透過させ、その透過光を被検体か
   らの光として受光することを特徴とする請求項１乃至請
   求項４の何れか１項に記載の生体信号検出装置。
6. 【請求項６】 前記受光手段は、前記発光手段により発
   光される光を被検体に反射させ、その反射光を被検体か
   らの光として受光することを特徴とする請求項１乃至請
   求項４の何れか１項に記載の生体信号検出装置。
7. 【請求項７】 被照射体に光を照射する発光手段と、 この発光手段による前記被照射体に対する光の照射に応
   じて該被照射体から入射する光を受光する受光手段と、 この受光手段から出力される受光信号のレベルに基づい
   て、この受光信号のレベルが予め設定された範囲に収ま
   るように前記発光手段の発光レベルを増減制御する制御
   手段とを備えたことを特徴とする発光レベル制御装置。