JPH01320465A - 信号処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、情報信号がスプリアス信号により阻害される
ような、特に人間の生体組織の酸素、飽和度測定を行う
ための信号処理方法に関し、第１の周波数範囲内にある
周波数のスプリアス信号と、前記第１の周波数範囲とは
異なる第２の周波数範囲内にある周波数の情報信号とに
、前記第１の周波数範囲では概ね阻止特性を示し前記第
２の周波数範囲では概ね透過特性を示すフィルタを通過
させ、前記フィルタの出力信号にさらに処理を加える信
号処理方法に関する。

〔従来の技術〕

当該技術においては周知のよう、に、検出器を利用して
、物理量を電圧に変換することによって、さまざまな物
理量の測定が行われる。ただし、こうした検出器から導
き出した電気信号を処理する場合には、かかる情報信号
、すなわち所望の物理量を表わす信号に、各種信号源か
らのスプリアス信号が重なっていることを考慮しなけれ
ばならない。測定回路要素の感度が高まれば、それだけ
、スプリアス信号の影響も大きくなる。スプリアス信号
の典型的な例には、ドリフト信号、すなわち、熱的影響
、供給電圧のゆるやかな変化等によって発生する低周波
異常がある。

こうしたスプリアス信号の周波数が、情報信号の周波数
と異なる場合には、スプリアス信号の周波数範囲内では
阻止特性を示し、情報信号の周波数範囲内では透過特性
を示すフィルター回路を測定回路要素に挿入することに
よって、スプリアス信号を節単に阻止することができる
。

人間の生体組織の酸素飽和度測定の分野では周知のよう
に、複数の発光素子、例えば、さまざまな波長に同調し
、被検査人体組織にさまざまな波長の光ビームを放射で
きるようになっている発光ダイオード（ＬＥＤ）などが
施された光電プローブヘッドが用いられる。組織を貫通
した光ビームは、次に感光素子に向けられ、そこで、入
射光ビームが電気信号に変換される。

しかしながら、かかる測定を行う場合には、測定場所の
周囲光りが潜在的なスプリアス信号源の１つになる。人
体組織が光に対し部分的に透過性であることを考慮すれ
ば、すぐ分かることだが、酸素飽和度測定に用いられる
感光素子は、発光素子によって発生する光ビームにさら
されるだけでなく、その光ビームが電灯または自然の日
光を用いて生じたものとすれば、周囲光にもさらされる
ことになる。測定の実施時には、周囲光の振幅に変化が
生じ、感光素子がゆっくりと変化する周囲光と、発光素
子が発生する光ビームの混じり合ったものを検出する可
能性がある。

こうした欠点を克服するための多くの技術が周知となっ
ている。上記欠点の克服のために、発光素子により発生
された別個のパルスから構成され、波長の異なるビーム
に対応するようなパルス列が形成される。例えば、３つ
の異なる波長の短い光パルスに対応する３つの別個のパ
ルスを備えたパルス列を利用することが可能である。さ
らに、パルス列を短い中断により適時分解し、その中断
時には光を放射しないようにすることにより、この中断
時に感光素子が形成する電気信号が周囲光のみの影響を
受けるように構成することが可能である。

周囲光の影響が一定である限り、中断時の電気信号に対
応するオフセット値を簡単に測定することができ、パル
ス列の発生時に受信する後続の電気信号からそのオフセ
ット値を引くことが可能である。しかし、周囲光の影響
が、所望の精度の測定範囲内で一定の場合に、こうした
オフセット補償が有効であるに過ぎない。

しかしながら、通常は周囲光の影響は経時的に変動し、
従って演算処理だけでは補償できないので、上記オフセ
ット補償によっても真値を得ることはできない。

そこで、感光素子の後方の信号経路に適当なフィルター
回路要素を挿入することによって、これらの問題を克服
しようとする試みがなされてきた。パルス周波数が、比
較的高い、すなわちほぼ数百Ｃｐｓの大きさであること
を考慮して、さらに周囲光がほぼ数ｃｐｓ程度であるこ
とを考慮して、周囲光の変化によって発生するスプリア
ス信号を阻止するための高域フィルターが用いられた。

〔発明が解決しようとする課Ｂ］ しかしながら、全てのフィルターの周波数特性は数オク
ターブ離れた周波数帯域に影響を与えるため、酸素飽和
度測定器の単一の経路に高域フィルターが挿入されると
、たとえ情報信号の周波数がスプリアス信号の周波数と
は数桁離れていても、情報信号に歪みが生じることにな
る。酸素飽和度測定システムは感光素子が受信する光パ
ルスに対する高精度の振幅測定を必要とするが、このシ
ステムの感度が高くなればなる程、このような欠陥が顕
著になる。

従って、本発明が解決しようとする課題は、スプリアス
信号を有効に阻止し、同時に高怒度測定の精度を保持す
ることによって、上述の方法を改良することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は、前記信号に、前記第１の周波数範囲では概
ね阻止特性を示し前記第２の周波数範囲では概ね透過特
性を示すフィルタを通過させ；前記第２の周波数範囲に
おける前記フィルターの周波数応答の理想伝送特性から
の偏差を示す第１の関数を決定し：前記第１の関数につ
いて反転した第２の関数を求め；前記フィルタの出力に
おける信号を前記第２の関数により重みづけをして、前
記出力信号を引き出すことにより、本発明に従って解決
される。

フィルターの出力に生じる信号は、情報周波数範囲内で
いまだ有効なスプリアス信号周波数範囲からの歪み特性
に関して、フィルターの場合とは全く逆の電気的処理が
施されるため、フィルターに生じる全ての歪みが完全に
解消されるので、これにより本発明の目的が完全に達成
れさる。

従って、これらの歪みの影響がどんなものかとか、それ
らがどの程度影響するものかについては無関係に反転特
性を利用し、かがる特性をフィルター出力における信号
に加えることによって、これらの歪みによる影響は、完
全に補償されることになる。

本発明の望ましい実施例の場合、情報信号は高周波のパ
ルス列を有する多重化信号であり、前記スプリアス信号
は低周波であり、前記フィルターは高域フィルターであ
る。

上述のように本発明の本実施例には、熱的変動、供給電
圧の長期にわたる変化及び特に変動し易い周囲光の存在
する場所で光ビームを用いて行う測定の場合のように、
低周波数範囲にスプリアス信号が生じる全ての測定に利
用できるという利点がある。

本発明のもう１つの望ましい実施例の場合、反転関数は
前記パルス列のパルス数に等しい数の行と列を備えた第
１の正方行列であり、前記出力信号は前記高域フィルタ
ーの出力に生じるパルス列のパルス振幅に関する第２の
正方行列として表され、前記第１と第２の行列は、互い
に乗算が行われて、前記重みづけ出力信号のパルス列の
パルス振幅に関する第３の正方行列が生じることになる
。

本発明のこの実施例は、デジタル電子装置を用いて入力
信号を重みづけ出力信号に変換することにより簡単に行
列演算を行うことができるためとりわけ有利である。第
２の周波数範囲におけるフィルターの周波数応答の偏差
を表わした第１の関数が分かれば、第１の関数を行列に
変換し、こうした行列を電子メモリーに記憶させ、さら
にパルス列信号を行列に変換し、この行列とメモリーに
記憶された行列の１つの乗算を行うことによって、入力
測定信号に対する重みつけ演算を簡単に行うことが可能
になる。

本発明のもう１つの望ましい実施例によれば、所定の第
１の振幅を備えたある数のテストパルス列が前記高域フ
ィルターに送られ、前記テストパルス列の数も前記テス
トパルス列のそれぞれにおけるテストパルスの数も、前
記第１の行列の前記重と列の数に一致しており、測定を
受ける前記テストパルスに応答して、第２の振幅のパル
スが前記高域スイルターの前記出力に生じ、前記第１の
振幅から決まる第４の行列を前記第２の振幅から決まる
第５の行列で除算することによって、前記第１の行列の
係数が求められるという形で、前記第１の行列の前記係
数を確実にすることが可能になる。

本発明の本実施例には、特に既知の振幅を備えたテスト
パルス列を用いてフィルターのテストを１度行うことだ
けで、第２の周波数範囲におけるフィルターの周波数応
答の偏差を表わした第１の関数を求めることができると
いう利点がある。スプリアス効果のないフィルターにテ
ストパルス列をかけると、これによって行列をなす係数
としてフィルターの特性が求められ、その結果、実際の
測定時には入力測定信号に対し前述の演算を実施するこ
とが可能になる。

本発明のさらにもう１つの望ましい実施例によれば、テ
ストパルス列において、パルスの１つには第１の大振幅
が、他のパルスには第１の小振幅がそれぞれ備わってい
る。

これにより後続の行列演算に関する精度を高めることが
可能になり、さらにまた測定の精度を高める重みづけ演
算の消費時間を短縮することになる対角行列を求めるこ
とができる。

本発明のもう１つの実施例によれば、前記第１の行列の
主要な対角係数を１だけ減らし、２のｎ乗の値をくくり
出し、ｎ未満のビット数を備えたデジタル語を用いて、
前記第２の行列と前記第１の行列をデジタル方式で乗算
することが可能になる。

これらの処置によって、被測定信号に対する演算量を減
少させることが可能になる。例えば、行列係数の処理が
１６ビツトの精度で行われる場合、行列の乗算は、１６
　Ｘ　１６ビツトのテクノロジーの場合には９回の乗算
を、８×８ビツトのテクノロジー場合には３６回の乗算
をそれぞれ必要とすることになる。しかし、本発明の前
述の実施例に従って行えば、これらの演算は１／２に、
すなわち８×１６ビツトのテクノロジーの場合には９回
の演算、８×８ビツトのテクノロジー場合には１８回の
演算に減らすことが可能になる。

実際の例において、こうした大幅な演算回数の減少にも
かかわらず、残留誤差は１０−’未満になるため無視し
得るものであることが分かった。

本発明のもう１つの実施例によれば、代替案として１に
よって前記重１の行列の主要な対角係数を標準化し、次
に２のｎ乗の値をくくり出して、ｎ未満のビット数を備
えたデジタル語を利用し、前記重２の行列と前記重ｌの
行列の乗算を行うことが可能になる。

本発明の本実施例にも、とりわけ、高域フィルターの出
力からの信号に処理を加えるのに必要な演算の回数及び
範囲を少なくするという利点がある。再度、本発明の実
施例の特定の方法を用いない１６　Ｘ　１６ビツトのテ
クノロジーによって９回の乗算を必要とする上述の例に
言及すると、８×１６ビツトのテクノロジーでは６回の
演算に８×８ビツトのテクノロジーは、１２回の演算に
それぞれ、減らすことが可能である。

本発明のもう１つの実施例によれば、前記第１の行列の
主対角係数を１に対して標準化することで、補正値によ
る第６の行列を得ることによって、オフセット値に重み
づけを行うことが可能になり、前記パルス列から生じる
前記重みづけ信号から前記補正値を減算することによっ
て、前記オフセット値が示されることになる。

本発明の本実施例には、とりわけ両極性操作が回避され
るという利点がある。定振幅のオフセット値が高域フィ
ルターの人力で補償される場合、高域フィルターによっ
て生じる歪みから負の極性の出力信号が生じ、再び高域
フィルターの出力信号に対し両極性の操作を実施する必
要が生じる可能性がある。これに対し、本発明のこの特
定の実施例に関する前述の方法の場合には、定オフセッ
ト値にも高域フィルターの伝送特性によって重みづけが
施されるという補正操作を導入することによって、高域
フィルターの出力で定オフセット値を補正することが可
能になる。

本発明は、さまざまな分野の測定テクノロジーに適用で
きるが、とりわけ人間の生体組織に対する酸素飽和度測
定の分野に本発明を利用するのが望ましい。その場合、
複数の発光素子を利用して、適当な時間間隔をあけて、
血液の供給されている人間の生体組織に対し異なる波長
の第１のパルス化光ビームを当て、前記組織を通った第
２の光ビームを受光素子へ案内し、前記受光素子から前
記多重化信号が生じるようにするのが望ましい。

こうして、本発明によって酸素飽和度測定に関連した前
述の利点の全てを利用できるため、特にゆっくりと変化
する周囲光によるスプリアス信号によって生じる全ての
測定エラーを有効に排除することが可能になるので、比
類のない精度で、患者に対し血液の酸素飽和度測定を行
うことができる。

本発明に関するこれ以外の利点については、実施例に関
する説明、並びに、添付の図面から明らかになる。また
、言うまでもないことだが、特に言及しておくように、
前述の素子は、全て、本発明の範囲を逸脱することなぐ
、別個に用いることもできるし、あるいは他の組合せに
用いることもできる。

〔実施例及び作用〕

以下添付図面に基づいて本発明の好適な実施例について
説明する。

上述のように、本発明は広範囲の測定問題について用い
ることが可能である。しかしながら、分かりやすくする
ため、実施例に関する以下の説明では、血液を供給され
ている人体組織に対する酸素飽和度測定に言及すること
にする。

この種の酸素飽和度測定は、患者の血液内の酸素飽和度
を求めるために実施される。当該技術では周知のように
、患者のヘモグロビンの総量と比較した、化学的に結合
した酸素分子を有する患者のヘモグロビンの量をパーセ
ンテージで求めることによって、患者の循環系における
酸素の供給が評価される。

一般的な技法では、光ビームを利用して患者の組織、例
えば、患者の指が照射され、この光ビームは、透過モー
ドと反射モードのいずれかで、患者の組織の一部を通過
する。可視領域及び赤外領域における各種波長に関する
光の吸収を測定することによって、透過特性または反射
特性を計算することができ、従って酸素飽和度を求める
ことが可能になる。

ここで、第１図を参照すると、■は検査を受ける患者の
指を表している。ピックアップ２には、複数の発光素子
３が設けられており、第１図には、そのうちの１つが例
示されている。発光素子３は発光ダイオードとすること
もできるし、あるいは可視領域内及び赤外領域内で光を
放出し得る他の適当な素子とすることもできる。

発光素子は３はさまざまな波長の光を放出するように設
計されている。

ピックアップ２には、さらに１つ以上の受光素子４、例
えば感光性トランジスタが設けられている。

発光素子３並びに単数または複数の受光素子に電気エネ
ルギーを供給することと、ピックアップ２との信号の送
受信を行うことの両方のために、ケーブル５が設けられ
ている。

ピックアップ２が、患者の指１に押しつけられ、適当な
制御信号がケーブル５を介してピックアップ２に送られ
ると、第１の光ビーム６が参照番号７で表示の患者の組
織に対し照射される。患者の組織７内のヘモグロビンが
８で示されている。第１の光ビーム６がヘモグロビン８
にぶつかると、第２の光ビーム９が反射して、単数また
は複数の受光素子に達する。次に適当な電気信号が発生
し、ケーブル５を介して、第１図では不図示の電子回路
要素に送られる。

酸素分子に化学的に結合されていても、いなくても、ヘ
モグロビン８の量に従って、第１の光ビーム６は多かれ
少なかれヘモグロビン８に吸収されるので、従って、第
２の光ビーム９は振幅がヘモグロビン８の酸素飽和量に
よって、さらには用いられる特定の波長によって変動す
ることになる。

第２図には、全体が１０で示された酸素飽和度測定回路
のブッロク図が示されている。１１は制御パルスをマル
チプレクサ−１２に対して送り出すパルス発生器を表し
ている。マルチプレクサ−１２は、それぞれ発光素子３
ａ、　３ｂ及び３ｃを作動させるためのパルスパターン
を発生するのに用いられる。発光素子３ａ、　３ｂ及び
３ｃにより放出される光ビームの波長は、λ３．λ２．
及びλ３によってそれぞれ表示される。

第２図に概ね７で表された患者の組織を通った後、光ビ
ームは第２図に感光性トランジスタとして表された受光
素子４に入射する。受光素子４の出力信号は、Ｕで表示
されている。

電圧Ｕは次に高域フィルター１４に送られ、該フィルタ
ーの出力信号はＬで表示されている。

特定の動作モードにおいて、高域フィルター１４は後述
のように、ズイッチ１５を閉じることによってバイパス
することが可能である。出力信号りは次に１６で表示の
評価回路に送られる。

第２図の回路構成要素１０の目的は、適正な時間間隔を
あけて発光素子３ａ、　３ｂ及び３Ｃをそれぞれ作動さ
せることによって、すなわち前記素子を次々に作動させ
ることによって光パルスを発生することにある。従って
、振幅が変動し、波長が変動する光ビームのパルス列が
発生し、組織７を通過した後、受光素子４によって受信
される。しかし、こうした測定の実施時には、受光素子
４が、さらに１７で概略を示した周囲光にさらされるこ
とになる。このため、出力信号Ｕは、情報信号、すなわ
ち発光素子３８〜３Ｃから放出される光パルスに関連し
た組織７の吸収反応と、周囲光１７によって生じるスプ
リアス信号の混じり合ったものである。高域フィルター
１４及び評価回路１６をスイッチ１５と組み合わせた目
的は、以下にさらに詳述することになるように、周囲光
１７によって生じるエラー信号を排除することにある。

第３図には、受光素子４の出力に生じる信号２０の電圧
対時間特性が示されている。第３図からすぐ分かるよう
に、信号２０は、パルス列の形をなす情報信号２１と、
ゆっくりと変化するバックグラウンド信号の形をとるス
プリアス信号２２との混じり合ったものである。

ここで第４図を参照すると、少し拡大した情報信号を見
ることができる。情報信号２１は、中断に後続するそれ
ぞれＵ、、　Ｕ！及びＵ、の電圧振幅を有する３つのパ
ルスから成るパルス列２３゛　から構成される。３つの
パルスに先行する中断時にオフセット値Ｕ０が測定され
、後続の電圧振幅Ｕｌ＋　ｕｚ及びＵ、が、オフセット
値Ｕ０に対して測定される。

第４図のパルス列２３°はスプリアス信号２２のない理
想信号を表わしている。

しかしながら、前述の２つの信号が混合したものと考え
ると、２３が、スプリアス信号２２の存在する場合に実
際に測定される実際のパルス列を表わす、第５図に示す
ような表現になるであろう。

第５図から分かるようにパルス列２３のパルスに関する
実際の電圧振幅の測定時には偏差信号ｄ、、　ｄ、及び
ｄ、を考慮しなければならないので、パルス列２３は、
第４図の理想パルス列２３’に対し歪んでいる。スプリ
アス信号２２が確率的振幅対時間特性を備えている場合
には、補外技法を用いて偏差値ｄ１〜ｄ、を除去するこ
とはできない。

しかし低周波スプリアス信号の場合を考えると、スプリ
アス信号の周波数範囲は情報信号の周波数範囲に比べて
数桁低くなり、周波数帯域分割技法を利用することがで
きる。

第６図は、透過率対周波数の図であり、３０は高域フィ
ルターの特性を表している。３１は阻止帯域におけるフ
ィルターの減衰を示すものであり、一方３２は透過帯域
におけるフィルターの透過を表わすものである。３３は
パルス列２３に用いられるパルスの周波数ｆｔを示して
いる。

これに対し、３６は周囲光の存在するところでの酸素飽
和度の測定時に生じるスプリアス信号の分光分布を表し
ている。第６図から明らかに分かるように、スプリアス
信号の周波数範囲は高域フィルター１４の透過帯域３２
の周波数範囲とは異なっている。実際の例では、スプリ
アス信号は５　ｃｐｓ未溝の周波数帯域で生じるが、パ
ルス列２３の周波数ｆＬは４００ｃｐｓ〜数千Ｃｐｓに
設定することが可能である。

しかしながら、実際には高域フィルターの阻止帯域と透
過帯域の間での厳密な分離を達成することはできない。

結果として、阻止領域における高域フィルターの減衰作
用は、第６図の一点鎖線で示されるように、その透過帯
域にも及ぶことになる。

第７図には、高域フィルターのこうした実際の作用結果
が示されている。

第７図の左上側にはパルス信号Ｓ、、　Ｓ２及びＳ。

から成る理想パルス列２３ａが示されている。パルス列
２３ａが第７図における矢印４０で示されるように、高
域フィルター１４にかけられると、パルス信号Ｌ＋、Ｌ
ｘ及びり、のそれぞれによって第７図の右上方側のパル
ス列２３ｂの形状をなす出力信号りが発生することにな
る。

パルス列２３ａのパルス列２３ｂへの変換は高域フィル
ター１４の周波数応答に対応する。すなわち高域フィル
ター１４の変換特性が分かっていれば、第７図において
矢印４１で示すような電子操作によってパルス列２３ｂ
を再変換し、歪んだパルス列２３ｂを理想のパルス列２
３ａに直すことが可能である。

上記操作のために、係数ａｉｋを用いて各パルス信号Ｌ
Ｉ＋　ｔ、２及びＬ３から信号Ｓ、、　Ｓ、及びＳ３を
計算する方程式（１）の系として、ひずんだパルス列２
３ｂを理想パルス列２３ａへの変換を示すことが可能で
ある。

５１＝ａｌｌＬ＋　＋　ａ＋ｚＬ２　＋　８＋＋Ｌ＋ｓ
２”ａ２１Ｌｌ　＋　ａＺ２Ｌ２　＋　ａｚ３１．＋　
　　　　　　　（１）Ｓｉ＝８３＋Ｌ＋　＋　ａ＊ｚＬ
ｚ　＋　ａ３３Ｌ３すなわち、係数ａ＝＋＋の行列Ａを
式（２）とすると、信号Ｓの行列は信号りの行列と行列
Ａの乗算により求めることができる。このように、理想
信号Ｓは式（３）で示す行列Ｓとして求めることかでき
る。なお前述の変換を実施するには、ます式　　　　　
−（２）によって行列Ａを求めなければならない。

Ｓ＝Ａ＊Ｌ これを行うため、２つの動作モードで、すなわちスイッ
チ１５を開く第１のモードと、スイッチ１５を閉じる第
２のモードで、第２図の回路における高域フィルター１
４の入力にテストパルス列を加える方法を採用すること
ができる。

上記方法のために使用可能なテストパルス列を第８図〜
第１０図に示す。

第８図に示す第１のテストパルス列５ｏの場合、振幅の
大きい第１のパルス５０ａに、それぞれもっと小さく異
なる振幅を有するさらに２つのパルス列５０ｂ及び５０
ｃが後続している。第９図に示す第２のテストパルス列
５１の場合、第１の振幅の小さいパルス５１ａ、第２の
振幅の大きいパルス５１ｂ及び第３の振幅の小さいパル
ス５１ｃを有している。最後に、第１０図に示す第３の
テストパルス列５２の場合、第１の振幅の小さいパルス
５２ａ、第２の振幅の小さいパルス５２ｂ及び第３の振
幅の大きいパルス５２ｃを有している。

それぞれ振幅の大きい１つのパルスと、振幅の小さい２
つのパルスによるテストパルス列５０〜５２を用いる理
由は、行列Ａを求める精度を高めるためである。

前述の操作を行うと、歪みのない信号Ｃスイッチ１５が
閉じている）が、歪んだ信号（スイッチ１５が開いてい
る）に左右される３７）の行列式１式％ 式（４）に示すこの行列式の系は、それぞれ式（５）及
び式（６）に示す１つのＳ行列と１つのし行列にするこ
とができる。それぞれ式（５）及び（６）には、ヒユー
レット・パラカード社製の標準市販モデルＩＩＩ　１１
６６Ａに含まれる酸素飽和度測定システムＳａｎｇ−Ｃ
１ｏｖｅｒ　Ｄが、３０Ｈｚのカットオフ周波数を備え
た二次高域フィルターに関連して用いられた、実際のあ
る応用例としての数値が示されている。Ｓ行列の数値は
、高域フィルター１４をバイパスすることによって得ら
れたものであり、一方、Ｌ行列の数値は、高域フィルタ
ーを回路要素内に挿入して測定したものである。

Ａ行列は、Ｓ行列をＬ行列で割ることにょって、それぞ
れＳ行列とＬ行列から求めることができる。それぞれ、
式（５）と式（６）に示した数値を考慮すると、式（７
）に示したＡ行列の数値を結果として得ることが可能で
ある。

式（７）からすぐ分かるように、その主たる対角係数ａ
ｌｌ＋　ａｚ□、及びａ３ｆｆはそれぞれ殆ど１に等し
いため、この行列はかなり対角行列に近いものである。

これは、スプリアス信号と情報信号のそれぞれの周波数
帯域間の距離の大きさを考えると、歪んだ信号の振幅が
一見したところ、歪みのない信号Ｓに等しいためである
。

実際のテストにおいては、用いられた酸素飽和度測定シ
ステムの動作パルス列に対し、式（７）に基づくＡ行列
を適用して、式（７）に書き記した係数の確度が１０−
″よりも良好であり、従って用いられた特定のシステム
のノイズレベル未満になることが分かった。

それぞれ、式（５）及び（６）に書き記した値について
行列除算を実施する場合、式（５）及び（６）の主対角
係数が５つの１０進数字含んでいると考えると、１６　
Ｘ　１６ビツトのテクノロジーの場合には９回の除算を
行わねばならない。

必要な演算を減らすため、主対角係数が１とされており
、上半分の全ての係数が負で、下半分の全ての係数が正
になっている式（８）に示されているように、式（７）
のへ行列は対角性が高いという点を想起可能である。

へ行列の対称性を考慮し、式（９）に示すような修正し
た行列Ｅｐｓを求めることにより、この行列に修正を加
えることができる。行列Ｅｐｓは１の行列を行列Ａから
引くことにより得られる。

ここで、信号行列Ｓは、式（１）及び（９）を組み合わ
せることによって、弐〇〇）のように書（ことができる
。

Ｓ　＝　（１＋　Ｅｐｓ）　＊　Ｌ　　　　　　　　　
　　（１０）ここで、２の累乗を、すなわち２８や２″
をくくり出して式（ＩＩ）に示すように、１バイトの係
数行列Ｃを書くことも可能である。

結果として、式（５）〜（７）に関して上述した必要な
行列除算に用いられる係数は、式（１１）に見られるよ
うな最大で１０進数字が３つの１バイト係数になる。

第１１図はマイクロコンピュータ信号処理装置のディジ
タルメモリ又はＣＰＵの部分を形成するディジタル語６
０を概略的に示している。

第１１図から分かるように、記憶位置「５」〜「１２」
に８ビツト語（１バイト）を納め、記憶位置０〜４はブ
ランクにし、記憶位置「１３」〜「１５」にはゼロ値を
挿入することによって、１６ビツトメモリーに８ビツト
語を簡単に組み込むことができる。従って、ａ±２−１
２の精度を達成することが可能になる。

こうして、全ての係数がそれぞれ±２−１２、すなわち
０．２５％０の精度で、１バイト（８ビツト）に記憶す
ることができる。従って、上述のように１６　Ｘ　１６
ビツトのテクノロジーで９回の乗算を行ったり、あるい
は８×８ビツトのＭＵＬテクノロジーで３６回の乗算を
行う代わりに、それぞれ８×１６ビツトのテクノロジー
で９回の乗算を行い、あるいは８Ｘ８ＭＵＬの８ビツト
テクノロジーで１８回の乗算を行えば十分である。

主対角係数ａｌ＋＋８２□及びａ３．をそれぞれに１に
対して標準化することによって、さらに演算量を減らす
ことができる。これは弐面に示すようにへ行列のそれぞ
れの行をそれぞれａｌｌ＋　ａｚ□及びａ３ｆｆで除算
することによって可能になる。

弐（ＩＱについて、上述と同じステップを利用すること
によって、弐〇３）に書き記したような修正８ビット行
列Ｃが得られる。

弐（１１）と０３）を比較すれば簡単に分かるように、
８ビット行列Ｃ９の主対角素子は、この場合、全てゼロ
であり、演算量がさらに８×１６ビツトのテクノロジー
では６回の乗算に、８Ｘ８ＭＵＬの８ビツトテクノロジ
ーでは、１２回の演算に、それぞれ減少することになる
。

このことは、大側に示すように、信号Ｓｌｌ　ｓ。

及びＳ、に対するそれぞれの式を、それぞれ書き記して
みると、すぐに分かることである。

Ｓｌ　ｓ　Ｌｌ　＋　ａ”ｔｚＬｓ　＋　ａ”１３Ｌ２
−　Ｌｌ　−（Ｃ”ｔｚＬｓ　＋　Ｃ″１３Ｌｘ）７２
５６・８Ｓｚ　　ｍ　　Ｌｚ　　＋　　ａ”ｚｌＬ＋　
　＋　　ａ”ｚ＊Ｌｓ　　−Ｌｚ　　＋　　（Ｃ”ｚ＋
Ｌ＋　　−Ｃ”ｔｚＬｓ）／２５６．８　　　　（１４
）Ｓｆ　−Ｌ３＋　ａ”１ｌＬ１　＋　ａ＊ＩｚＬｚ　
ｔ　Ｌｘ　＋　（Ｃ％ＩＬＩ＋眞ｚＬｚ）／２５６−８
式側において、信号Ｓｌ＋　Ｓｔ及びＳ、は式θり及び
０′５に、それぞれ書き記されたＡ１行列及びＣ９行列
の各種係数を用いて各種の乗算及び加算／減算を行うこ
とにより、振幅ＬＩ＋　Ｌｔ及びり、から求められる。

本発明のもう１つの実施Ｂ様は、さらに周囲の影響によ
ってではなく、受光素子自体から生しる可能性のある受
光素子４の出力に生じるパルス振幅のオフセットを排除
するものである。

原則として、受光素子の出力に生じる信号から適合する
オフセット値を引くことは可能であるが、例えばそれぞ
れパルスＬ＋、　Ｉ−を及びし、の立下り区間において
アンダーシュート効果を示す第７図の信号りを考慮する
と、高域フィルター４の出力に負の極性の信号が生じる
可能性かあ評価回路１６における両極操作を避けるため
、弐０ωに書き記したように、補正値ＣＯＲ，、ＣＯＲ
，及びＣ０Ｒｚをそれぞれ導入することが可能である。

式０５１は、受光素子４の出力に定オフセット値Ｈが生
じるものと仮定し、それぞれ弐０７：Ｊ及び側に関連し
て既述の信号処理を利用して導き出される。

Ｃ０ＲＩ　　＋　　Ｓｌ　　□　　（Ｌｌ　　＋　　Ｈ
）　　＋　　ａｄｚ”（Ｌｘ　　＋　　Ｈ）　　＋　　
ａ’＋　３”（Ｌｓ　　＋　Ｍ）ＣｒＯＲ１＋　　Ｓｔ
　　事　（Ｌｌ　　＋　　Ｈ）　　＋　　ａ”ｚ＋（Ｌ
ｘ　　＋　　Ｈ）　　＋　　ａ”ｚｚ（Ｌｓ　　＋　　
８）　　　　　　　（１５）ＣＯＲｚ　−＋　Ｓｓ　ｗ
　（Ｌｌ　＋　Ｈ）　＋　ａ”ｓ＋（Ｌｘ　＋　Ｈ）　
＋　ａ”＋ｚ（Ｌｘ　＋　Ｈ）また弐０６）の仮定に基
づいて、弐〇ηに書き記されたような補正値行列ＣＯＲ
を書くことができるが、この場合、補正値Ｃ０Ｒ１，Ｃ
０Ｒ１及びＣ０ＲＩはそれぞれ式０７Ｊの修正Ａ４行列
のａｉｋ係数を用いて定オフセット値Ｈから求めること
ができる。

Ｓ、・Ｌｌ・Ｉ−ｔ　＝　Ｌ３・Ｏ（１６）ＣＯＲ，＝
　　（１＋　ａ、、”　　＋　ａ、、”　　）ＨＣＯＲ
ｚ　　□　　（ａ”ｚｌ　　＋　　　　１　　＋　　ａ
”ｚ３）Ｈ（１７）ＣＯＲ３□　　（ａ％Ｉ＋　ａ”ｉ
ｚ　＋　　　１）０式側と０７）を組み合わせると、そ
れぞれ歪んだ信号Ｌ　Ｉ’＋　ｔ、ｚ′及びし３″から
計算されるように、理想の信号ｓ、、　Ｓｆ及びＳｆｆ
を示した弐〇Ｂ）が得られる。

Ｓｌ　＝　Ｌ’＋　−Ｃ”＋ｚｊ’ｚ／２”　−Ｃ”ｗ
Ｌ’ｚ／２”　−ＣＯＲ＋Ｓｚ　＝　Ｌ’ｚ　＋　Ｃ”
ｚ＋Ｌ’＋／２”　−Ｃ％ｚＬ’３／２”　−Ｃ０Ｒｚ
　　　（１８）Ｓ３・Ｌ’、　＋　Ｃ％＋Ｌ’＋／２”
　＋　Ｃ％□Ｌ’ｚ／２”　−ＣＯＲ＋ここでアポスト
ロフィは歪んだ信号Ｌｌ’＋ＬＺ゛及びり、　ｌが、定
値オフセラ）Ｈの存在する場合に、測定されたものであ
ることを示すために加えられている。

こうして、例えば受光素子４を用いて、評価回路１６に
おけるそれ以上の信号処理時に、両極操作の導入を必要
とせず、発生に従って、付加オフセット効果の補正を行
うことが可能になる。

〔効果］ 本発明の効果は上記記述より明らかであるが、今−度本
発明の顕著な効果を以下に述べれば、本発明によれば、
特に人間の生体組織の酸素飽和度測定を行うために信号
処理をする場合に生じるスプリアス信号を有効に阻止可
能である。

すなわち、本発明によれば、フィルターの出力に生じる
信号は、情報周波数範囲内でいまだ有効なスプリアス信
号周波数範囲からの歪み特性に関して、フィルターの場
合とは全く逆の電気的処理が施されるため、フィルター
に生じる全ての歪みが完全に解消される。従ってこれら
の歪みの影響がどんなものかとか、それらがどの程度影
響するものかについては無関係に反転特性を利用し、か
かる特性をフィルター出力における信号に加えることに
よって、これらの歪みによる影響は、完全に補償するこ
とが可能であるので高感度の測定が可能になる。

特に本発明は、熱的変動、供給電圧の長期にわたる変化
及び特に変動し易い周囲光の存在する場所で光ビームを
用いて行う測定の場合のように、低周波数範囲にスプリ
アス信号が生じる全ての測定に利用できるという利点が
ある。

また本発明によれば、デジタル電子装置を用いて人力信
号を重みづけ出力信号に変換することにより簡単に行列
演算を行うことができるためとりわけ有利であり、さら
に適当なテストパルス列を用いることにより、行列演算
に関する精度を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、患者の指＆Ｉｌ織の酸素飽和度を測定するた
めに指に測定装置を設置した様子を示しており； 第２図は、酸素飽和度測定装置のブロック図を示してお
り； 第３図は、第２図のブロック図にしめされた装置に使用
された感光阻止の出力に表れる信号電圧ＶＳ時間の様子
を示すダイアグラムであり；第４図は、情報信号とスプ
リアス信号をそれぞれ示す電圧ＶＳ時間の様子を示すダ
イアグラムであり； 第５図は、第４図と同様の、情報信号とスプリアス信号
が合成された場合の様子を示すダイアグラムであり； 第６図は、高域フィルタの特性と同時に、酸素飽和度測
定に影響を与えるスプリアス信号の周波数範囲を示す伝
達係数ＶＳ周波数の様子を示すダイアグラムであり； 第７図は、高域フィルタ上を案内された場合に表れるパ
ルス列信号の概略図であり；第８図は、本発明に基づき
高域フィルタの伝達特性を決定するために使用されるテ
ストパルス列を示す概略図であり； 第９図は、第８図と同様の別のテストパルス列を示す概
略図であり； 第１Ｏ図は、第８図及び第９図と同様のさらに別のテス
トパルス列を示す概略図であり；さらに、 第１１図は、ディジタル語が記憶されるメモリセルの様
子を示す概略図である。 ｌ・・・患者の指、２・・・ピックアップ、３・・・発
光素子、４・・・受光素子、５・・・ケーブル、６．９
・・・光ビーム、７・・・生体ａｍ、８・・・ヘモグロ
ビン、１０・・・酸素飽和度測定回路、 １１・・・パルス発生器、１２・・・マルチプレクサ−
１１４・・・高域フィルタ、１５・・・スイッチ、１６
・・・評価回路、１７・・・周囲光、２ｏ・・・出力信
号、２１・・・情報信号、２２・・・スプリアス信号、
３０・・・高域フィルター特性、 ３１・・・阻止帯域の減衰特性、 ３２・・・透過帯域の透過特性、 ３３・・・パルス周波数、 ３６・・・スプリアス信号の分光分布、出願人代理人　
　古　　谷　　馨 同　　　　　　　溝　　部　　孝　　床間　　　　　　
　古　　　谷　　　聡 ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３　　　　　　　　　ｔ 一一一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の周波数範囲内にある周波数のスプリアス信
   号と、前記第１の周波数範囲とは異なる第２の周波数範
   囲内にある周波数の情報信号とから出力信号を引き出す
   ための方法であって： 前記信号に、前記第１の周波数範囲では概 ね阻止特性を示し前記第２の周波数範囲では概ね透過特
   性を示すフィルタを通過させ； 前記第２の周波数範囲における前記フィル ターの周波数応答の理想伝送特性からの偏差を示す第１
   の関数を決定し； 前記第１の関数について反転した第２の関 数を求め； 前記フィルタの出力における信号を前記第 ２の関数により重みづけをして、前記出力信号を引き出
   すことを特徴とする、特に人間の生体組織の酸素飽和度
   測定を行うための信号処理方法。