JPH04215742A - 酸素飽和度非観血測定のためのセンサ及び酸素飽和度測定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射技法に基づく酸素
飽和度の非観血的（ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ）測定を
実施するためのセンサー、装置、及び、方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来技術とその問題点】酸素飽和度は、患者の状態に
アクセスする診断上極めて関連のあるパラメータである
。特に手術室において、血液の酸素飽和度は、患者の状
態、その酸素供給量と、及び、他の生理的要素を示すも
のである。

【０００３】患者の酸素飽和度の極めて正確な値を得る
一つの方法は、血液サンプルを採取して、血液ガス“ア
ナライザ”で分析することである。この方法における高
い精度にもかかわらず、観血的技術であり、頻繁には実
施することができない。すなわち、連続的な監視（ｍｏ
ｎｉｔｏｒｉｎｇ）が不可能ということになる。従って
、酸素飽和度の重大な変化を見のがす可能性がある。 最後になったが、重要なこととして、観血的技術法は、
患者の監視する手段としてあまり好ましくない。

【０００４】従って、酸素飽和度を非観欠的に測定する
ことが極めて望まれる。これは、オキシメトリー（ｏｘ
ｉｍｅｔｒｙ）と呼ばれる方法によって可能となる。

【０００５】オキシメータは、通常、波長の異なる２つ
以上の光源から構成される。光を人体に照射し、人体を
透過する光の強度または、反射する光を測定する。より
一般的な用語において、「光」は、可視スペクトル領域
の電磁波だけを意味するものではない。例えば、最も一
般的なオキシメータの場合、可視スペクトルの１つの波
長と、赤外スペクトルのもう１つの波長を利用している
。

【０００６】人体を透過する、または、人体から反射す
る光は、式１のＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に従っ
て減衰する。

【数１】Ｉ＝Ｉｏ　ｅ−Ｅｃｌここでは、Ｉは、受ける
光の強度、ＩＯ　は、入射光の強度、Ｅは、分子吸光率
（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　　ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ　　ｃ
ｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、Ｃは、吸収種の濃度、ｌは、
吸収層の厚さ、すなわち、組織を通る光路の長さを表わ
す。

【０００７】人体組織には、骨、筋肉等のような時間に
関して一定の特性を備えた成分、及び、血液のような時
間と共に変動する特性を備えた成分が含まれているもの
と仮定すると、数１は次の式となる。

【数２】Ｉｎ（１−ＡＣ／ＩＤＣ）＝−Ｅｃｌ（ｔ）こ
こで、ＩＤＣは、時間に関して一定の成分（一定の吸光
度を有する吸収体によって生じる）、ＩＡＣは、時間と
共に変動する成分（血液によって生じる）、及び、ｌ（
ｔ）は、動脈動によって生じる厚さの変動を表わしてい
る。２式には、２つの未知の値Ｃ及びｌ（ｔ）が含まれ
る。

【０００８】酸素飽和度は、式３に示すように全ヘモグ
ロビンの濃度に関連したオキシヘモグロビンの濃度の商
である。

【数３】Ｓａ　Ｏ２　＝ＣＨｂｏ２／ＣＨｂ＋ＣＨｂｏ
２ここで、ＣＨｂｏ２は、オキシヘモグロビンの濃度で
、ＣＨｂは、還元ヘモグロビンの濃度である。２つの吸
収種は、考慮に入れる必要がある。この場合、式（２）
は以下のように変換することができる。

【数４】Ｉｎ（１−ＩＡＣ／ＩＤＣ）＝−（ＥＨｂＣＨ
ｂ＋ＥＨｂｏ２ＣＨｂｏ２）ｌ（ｔ） ここで、ＥＨｂは還元ヘモグロビンの分子吸光率、ＥＨ
ｂｏ２はオキシヘモグロビンの分子吸光率である。容易
に分かるように、この場合、３つの未知の値ＣＨｂ、Ｃ
Ｈｂｏ２、ｌ（ｔ）がある。

【０００９】２つの異な波長で測定することによって、
酸素飽和度を求めることが可能になる。実際、２つの波
長における測定の結果、３つの未知の値に関して２つの
式が得られるが、酸素飽和度の定義により、これらの値
の１つは、消去される。

【００１０】酸素飽和度の値は、また経験的定数にも依
存し、式４から得られる２つの式（両方の波長に関する
）を用いて、比Ｒを計算し、さらに、この比を用いて、
Ｓａ　Ｏ２　を計算する。

【００１１】酸素飽和度測定の理論の詳細については、
例えば、米国特許４、１６７、３３１号または欧州特許
Ａ−２６２７７８を参照されたい。（後者の特許は該理
論のほぼ完全な分析が含まれている。）

【００１２】こ
れまで、市販のオキシメータのほとんどは、透過技術を
用いたものである。すなわち、耳たぶや指といった人間
の器官へ透過した光の強度を測定するものである。得ら
れる測定結果は、やはり、血液サンプルの分析精度には
及ばないが、この技術でも、反射技術よりは良好な結果
が得られる。反射オキシメータに関しては、胎児用の反
射センサを開示したＥＰ−Ａ−１３５，８４０を参照さ
れたい。また、反射技術を用いて、代謝（ｍｅｔａｂｏ
ｌｉｓｍ）といった他の生理的な量の測定も行なわれて
おり、例えば、米国特許４、２２３、６８０を参照され
たい。

【００１３】実際、出産前及び出産中の胎児の監視は、
胎児の頭皮の片側に送信器を取りつけ、もう片側に受信
器を取りつけることができないので（それに加えて、組
織が、約１０ｃｍの長さの場合、入射光のほとんどを吸
収するので、結果を利用することはできない）、反射技
術を必要とするアプリケーションである。ショック状態
にある成人の患者についても、同じことがいえる。血液
の集中化効果のため、有意義な結果が得られるのは、こ
の場合、躯幹に取りつけられた変換器からだけであり（
すなわち、反射変換器）、四肢に取りつけられた変換器
からは得られない。さらに、反射技術の結果は、極端で
あって、診療に利用できる反射センサは、いまだに開発
されていない。

【００１４】

【発明の目的】本発明の目的は、診療用途に十分な精度
を備えた、反射技術に基づく酸素飽和度の測定用センサ
及び装置及びその方法を提供することにある。

【００１５】

【発明の概要】本発明では、人体組織の浸透の深さは、
全ての波長について同じではないことの認識を新たにし
た。すなわち、送信器、受信器の両方または一方が正確
に同じ点位置に配置できると仮定しても、多種の波長に
おける光路の長さは異なるということでうる。従って、
受信器に対して同じ距離に２つの送信器を利用した従来
のオキシメータは、実際にはそうではなかったが、変数
を同じ様に扱うので（理論に基づいて）、組織的におけ
る光波長の相違のため系統的誤差が生じていた。これは
、従来のオキシメータの性能が満足のゆくものではなか
った理由に説明をすることができる。

【００１６】本発明は、キャリヤ手段と、人体組織内に
波長の異なる電磁波を放射する前記キャリヤ手段に取り
つけられた少なくとも２つの送信器と、人体組織から反
射する前記波長の異なる電磁波を受ける少なくとも１つ
の受信器から構成され、前記少なくとも２つの送信器が
前記キャリヤ手段に対し、異なる両方の波長における人
体組織の光路長がほぼ等しくなるように選択された距離
に取りつけられ、電磁波で人体組織を照射し、反射する
電磁波の強度を測定することによって、酸素飽和度を非
観血的に測定するセンサの利用を提案するものである。 所定の波長における人体組織の光路長は、経験に基づい
て求めることもできるし、所定の波長における照射角及
び吸光係数が既知の場合は、計算によって求めることも
できるが、本発明の基本的概念は、少なくとも２つの波
長についてこれを行ない、光路長がほぼ等しくなるよう
にキャリヤ手段に送信器を取りつけることにある。

【００１７】こうした構成は、該理論の仮定と完全に合
致する。特に、両方の（またはそれ以上の）波長におけ
る光路長が等しいので、組織の光路長が相殺されるとい
う仮定が満たされる。従って、本発明は、反射センサに
よる酸素飽和度の精度の高い測定を可能にする。特に強
調しておかなければならないのは、透過酸素飽和度測定
の場合、通常、２つの送信器を互いにごく近接して配置
し、受信器を、人間の四肢の反対側に配置して、同一で
はないが、光路が互いにごく近接しているので、異なる
光路によって生じる系統的誤差を制限することができる
。これは、波長が異なると、浸透の深度が異なるため、
反射酸素飽和度測定の場合には、適しない。従って、本
発明は、透過酸素飽和度測定よりも反射酸素飽和度測定
に関するアプリケーションの方が重要である。

【００１８】前述したように、所定の波長における人体
組織の光路長（または、代りに浸透の深度）は、経験的
に求めることができる。さまざまな波長における所与の
組織について既知の吸光係数に基づいて、浸透の深度ま
たは光路長を数学的に計算することも可能である。吸光
率がより小さい、すなわち、吸収が小さい、従って浸透
の深度がより深い送信器は、大きい吸光率を備える光を
放射する送信器に比べると、より受信器に近接して配置
される。６５０〜９４０ｎｍの範囲の電磁波（赤色光〜
赤外光）を使用する場合、赤外光は、赤色光よりも深く
まで人体組織に浸透するので、赤外光を放射する送信器
は、赤色光を放射する送信器に比べて、受信器により近
接して配置される。ただし、赤外光送信器と受信器間の
実際の距離（センサ表面で測定）が、赤色送信器と受信
器間の距離よりも小さくならない場合もある。これは、
例えば、センサの幾何学的形状、または、送信器と受信
器の両方または一方の傾斜角によって生じる可能性があ
る。

【００１９】上述のように、用いられる全ての波長に感
応する１つの受信器しか用いない場合、本発明では、送
信器をパルス・モードで動作させることが必要であるこ
とは明らかである。代りに、選択的に受信器を用いたり
、２つ以上の受信器を用いることも可能である。

【００２０】本発明の基本的概念は「逆にする」ことも
可能である。この場合、キャリヤ手段と、人体組織内に
波長の異なる電磁波を放射する前記キャリヤ手段に取り
つけた少なくとも１つの送信器と、それぞれ、人体の組
織から反射する前記異なる波長の少なくとも１つに感応
する前記キャリヤに取りつけた電磁波を受ける少なくと
も２つの受信器から構成され、前記少なくとも２つの受
信器が、前記キャリヤ手段に対し、異なる両方の波長に
おける人体組織の光路長が、ほぼ等しくなるように選択
された距離に取りつけられ、電磁波で人体組織を照射し
、反射する電磁波の強度を測定することによって、酸素
飽和度を非観血的に測定するセンサを用いる。送信器を
１つしか用いない場合、例えば、赤色／赤外発光タイオ
ード（ＬＥＤ）といった少なくとも２つの異なる波長の
光を放射することが可能な送信器、または、広域送信器
でなければならない。

【００２１】上記の両方の例において、人体の特定の部
分（例えば、四肢）の取りつけに適したキャリヤ手段を
備えたセンサを用いるのが、特に有効である。このよう
な場合、送信器と受信器の両方または一方は、前記人体
の四肢の特定部分に関する組織特性の平均値に特に適合
する距離に配置することができる。これによって、組織
構造（皮膚、脂肪、筋肉、骨）は、取りつけ部分によっ
て異なるので、汎用センサに比べて良好な測定結果が得
られる。いっそう実現可能性の高い解決策は、例えば、
キャリヤ手段の断面自体が指に対する取りつけ用にほぼ
制限されるフィンガ・センサ等の、ある幾何学形状によ
って人体の四肢の特定部分にキャリヤ手段を適合させる
ことである。このようなセンサは、必然的に、その設計
対象となる人間の四肢にしか取りつけることができない
ので（フィンガ・センサは、患者の鼻に取りつけること
ができない）、医療職員が誤って取りつけて誤った読取
りを回避することが可能になる。

【００２２】特定の用途に適合したセンサのもう１つの
例は、胎児センサ、すなわち、出産前及び出産中の胎児
の監視に特に適合したセンサである。このようなセンサ
はさまざまな波長における光路長がほぼ等しくなるよう
に一体形成させた送信器及び受信器を備えたキャップか
ら構成される。キャップは、医療用（外科的）接着剤に
よって、あるいは、好適な実施例の場合、減圧によって
、すなわち、吸引源につながった吸引管によって、胎児
の頭皮に固定される。本発明が反射センサを必要とする
胎児の酸素飽和度測定にとって特に重要であることは、
言うまでもない。本発明は、従って、胎児を監視する場
合、特に、クリティカルな分娩段階においても、信頼で
きる酸素飽和度の読取りを行なうことが可能にする。

【００２３】センサが人体の所定の部分に取りつけられ
る場合、こうした特徴を利用して、センサの正確な取り
つけの制御が可能になる。適用位置及び／または患者の
年令、性等について、受信した値と典型的な経験上のデ
ータを比較して、適用位置が誤っていること、または、
変換器が固定して取りつけられていないことを表わす大
幅な偏差がある場合、ユーザに対して警告メッセージを
発生することができる。本発明は、従って、受けた電磁
波の強度を電気信号に変換する変換手段と、前記電気信
号から酸素飽和度の計算を行なう処理手段と、受信した
信号と既定の制限または既定の信号を比較して、偏差が
大きいと、アラームまたは警告メッセージを発生する妥
当性（ｐｌａｕｓｉｂｉｌｉｔｙ）チェック手段から構
成される、酸素飽和度の非観血的測定装置にも関連する
。実際データとサンプル・データとの比較は、都合のよ
い任意の方法を用いて実行することができる、例えば、
信号の振幅、周波数成分、形状の比較は、相関方法を利
用して行なうことができる。

【００２４】これによって、本発明のもう１つの重要な
態様に導かれる。センサの適用位置を検出し、また、測
定値を適切に補正するので、信号の質が大幅に改善され
る。本発明の提案によれば、人体の所定の適用位置を表
わす、あるいは、所定の組織特性を表わす既定の信号セ
ットを利用し、振幅または形状といった上記判定基準に
基づいて、受信信号に関して最も一般的な特性を含むセ
ットを選択し、さらに、選択されたセットに従ってこれ
らの信号に補正を加えることになる。既定の信号セット
は、１つ以上の波長の減衰値を表わしたり、交流成分の
振幅を表わしたり、あるいは、信号の形状を表わしたり
する場合がある。適用位置または所定の組織特性のこの
ような検出と適切な補正によって、オキシメータの読取
り値が大幅に向上する。指摘しておかなければならない
のは、組織特性の検出及び適切な補正は、その幾何学的
形状によって人間の四肢の特定部分における使用に合わ
せたセンサについてさえ有効である。それは、選択され
た適用位置が同じであったとしても、患者の年令または
その状態によって、患者毎に、組織特性の差を生じる可
能性があるためである（ショック状態の患者は、他の患
者に比較してかなりの差を示す。さらに、腕、指、また
は、脚に取りつけられたセンサが、血液の脈動が不足の
ため、有意味の読取り値を示さないような場合、反射酸
素飽和度測定法しか不可能である。）。

【００２５】さまざまな波長における光路長の差を考慮
に入れた以上の概念は、第１の波長の電磁波を放射する
少なくとも１つの第１の送信器と、第２の波長の電磁波
を放射する少なくとも２つの第２の送信機から構成され
、前記第１と第２の送信器がキャリヤ手段に対し、前記
少なくとも１つの受信器との距離が異なるように取りつ
けられて、前記第１の送信器と前記受信器の間にある人
体組織の光路長が、既定の特性を備えた組織の場合、前
記第２の送信器のうちの一方と前記受信器との間におけ
る人体組織の光路長に対してほぼ等しくなり、また他方
では、前記第１の送信器と前記受信器の間にある人体組
織の光路長が、もう１つの既定の特性を備えた組織の場
合、前記第２の送信器のうちのもう一方と前記送信器と
の間における人体組織の光路長に対してほぼ等しくなる
センサにまで広げることが可能である。このようなセン
サは、前記第２の送信器のうちの一方が１つの用途で動
作し、前記第２の送信器のうちのもう一方がもう１つの
用途で動作する多目的センサ（多用途センサ）として役
立てることが可能である。正確な適用位置、従って、前
記第２の送信器のうちの動作させる方は、後述のように
、手動入力であらかじめ決めることもできるし、関連す
るオキシメータの自動操作で選択することもできる。

【００２６】特定の取付けに合わせる場合でも（選択さ
れた取付け場所が全ての患者について同じ場合（例えば
、胸部）、センサは、組織特性の異なる患者に利用して
、正確に機能させることも可能である。さらに、より多
様なセンサ用途／組織特性が得られるようにするため、
上記概念を３つ、４つ、５つといった第２の送信器を備
えたセンサに拡大することもできるのは、明らかである
。また、第１の送信器は、必ずしも１つだけに限定され
るわけではなく、代りに、複数の第１の送信器を利用す
ることができるのも、明らかである。好適な実施例では
、このタイプのセンサは、例えば、非対称性の正方形ま
たは長方形の受信器に対し対称的に配置された２つの第
１と第２の送信器、または、２ｎの第１の送信器と２ｎ
の第２の送信器から構成される。

【００２７】長さに関して適合する光路を備えたセンサ
の概念も、逆にすることが可能である。すなわち、少な
くとも１つの第１の受信器及び少なくとも２つの第２の
受信器と、（少なくとも）１つの送信器から成るセンサ
に関係づけることができるのは、明らかである。この場
合、各種受信器は、送信器と第１の受信器の間における
人体組織の光路長が、既定の特性を備えた組織の場合、
送信器と第２の受信器の一方との間における人体組織の
光路長にほぼ等しくなり、また、一方では、送信器と第
１の受信器の間における人体組織の光路長が、もう１つ
の既定の特性を備えた組織の場合、送信器と第２の受信
器のもう一方との間における人体組織の光路長にほぼ等
しくなるように配置される。

【００２８】人体組織に対する所定の波長の光路を少な
くとも２つ以上備え、これらの光路の１つを用途または
組織構造に従って選択できる、上述のタイプのセンサは
、特に、所定の幾何学形状によって、やはり、人体の特
定部分（例えば、四肢）に対する取付けに適合させるこ
とが可能である。胎児に用いる場合、こうしたセンサは
、所定の第１の波長の電磁波を放射する、できれば発光
ダイオードによる少なくとも２つの第１の送信器及び所
定の第２の波長の電磁波を放射する、できれば発光ダイ
オードによる少なくとも２つの第２の送信器と、前記異
なる波長に応答する少なくとも１つの受信器から成るキ
ャップの形をとるキャリヤ手段で構成するのが望ましい
。このキャップは、外科用接着剤または減圧によって胎
児の頭皮に取りつけることが可能である。

【００２９】本発明は、また、所定の波長の光路を２つ
以上備えるセンサを動作させる装置にも関連する。装置
は、受けた電磁波の強度を電気信号に変換する変換手段
と、前記電気信号から酸素飽和度を計算する処理手段と
、人体への適用位置を選択する選択入力手段と、前記選
択入力手段に応答し、取付け場所に従って、所定の送信
器と所定の受信器の両方または一方を選択するようにな
っている送信器／受信器選択手段から構成することがで
きる。こうした装置を前述のセンサの１つに関連して用
いる場合、オペレータは、選択入力手段を利用して、胸
、胎児の頭皮等のような実際の取付け場所を入力するこ
とができ、次に、前記送信器／受信器選択手段が、この
取付けに適した送信器を選択する。さらに、性、患者の
年令、または、その状態といった、他の生理的パラメー
タを入力することも可能である。この結果、適合する送
信器／受信器を選択することによって、測定条件、従っ
て、光路条件に対して極めて精密に適合させることが可
能である。こうしたオキシメータの高精度な読取り値を
確保するため、受信した信号と、選択された適用位置を
表わす既定の限界または既定の信号とを比較して、かな
りの偏差があれば、アラームすなわち警告メッセージを
発生する妥当性チェック手段を設けることも可能である
。その結果、医療職員によって生じるエラーが、オキシ
メータの読取り値に望ましくない影響を及ぼすのを回避
することができる。

【００３０】適用位置または他の生理的に重要な値を手
動で入力する代りに、受けた電磁波の強度を電気信号に
変換する変換手段と、前記電気信号から酸素飽和度を計
算する処理手段と、所定の送信器と所定の受信器の両方
または一方を順次選択する取付け検出手段から成る装置
を用いる有利な解決策が提案されている。所定の送信器
と所定の受信器の選択に得られたこの選択に固有の電気
信号が、人体に対する所定の適用位置あるいは所定の組
織特性を表わした既定の信号セットを比較される。これ
らの信号セットのうちのいくつかに関する最も一般的な
特性（振幅、形状等）から成る固有の電気信号が次に選
択され、この固有の電気信号は、所定の送信器と受信器
の両方または一方に関連するので、これらは、選択手段
によってさらに測定を行なうために選択される。このよ
うな自動適合システムは、あらゆる種類の用途、患者、
及び、組織特性に利用することが可能で、常に、特定の
種類の測定について可能性のある送信器／受信器の最良
の組合せを選択する。唯一の制限は、記憶される既定の
信号セットの数である。

【００３１】好都合なことに、これまでに述べた反射セ
ンサは、他の生理的パラメータの測定も行なえるように
なっている。これは、センサが、生理的状態が既知のあ
る種の測定に特に適している場合には、特に重要である
。これは、例えば、キャップ形状の胎児用センサに適合
する。胎児の状態を評価する上で極めて重要なもう１つ
のパラメータは心電図であるため、このようなキャップ
は、心電図のための接点を形成させるのにも有効である
。

【００３２】本発明は、また、ノイズを含むオキシメー
タの信号の質を改善するための方法に関するものである
。センサ及び装置によって得られるかなりの改善にもか
かわらず、受信信号に、例えば、電極の接触不良や電源
ラインからの干渉によって生じるスペクトル・ノイズ、
あるいは、人為結果（例えば、患者の動きによって生じ
る）が含まれる場合がある。さらに、受信信号の交流成
分は、直流成分に比べると極めてわずかであるため、酸
素飽和度の計算のために交流成分の振幅を検出するのは
困難である。

【００３３】ノイズを含む信号または妨害された信号に
おいてさえ信頼に足る酸素飽和度の検出が行なえるよう
にするため本願明細書に提案の有利な解決法は、人体組
織によって反射する、または、人体組織を伝搬する少な
くとも２つの異なる波長の電磁波の強度から酸素飽和度
を計算する方法に関するもので、受信した電磁波の強度
が、電気信号に変換され、次に、前記電気信号の少なく
とも１つ（今後は、「特定の１つ」と呼ぶ）に対して自
己相関が実施される。

【００３４】本質的に明らかなように、自己相関は、信
号の周期的成分、すなわち、有効成分を強調すなわち増
幅する数学的操作である。本発明の場合、自己相関を利
用して、ノイズをなすバックグラウンドに均等に隠され
た動脈波によって生じるピークが増幅される。

【００３５】従って、自己相関された信号のピーク時に
トリガし、自己相関関数からの特定の電気信号の周波数
を検出することが可能である。これは、この周波数が心
拍数を表わしているため、それ自体が有効なパラメータ
である。従って、ＥＣＧ電極を用いずに、酸素飽和度測
定の副産物によって、あるいは、そのいずれかによって
心拍数を検出することが可能である。

【００３６】本発明は、さらに、酸素飽和度測定時に受
信する電気信号について典型的に選択された既定の信号
、すなわち、標準関数を送出する。本発明によれば、自
己相関関数の分析時に検出されるのとほぼ同じ周波数の
既定の信号を利用しなければならない。これは、いくつ
かの方法で得ることができる。例えば、全て、形状は同
等であるが、互いに、時間的に圧縮／拡張される多数の
既定の信号を用いることができる。この場合、自己相関
関数から検出されるものとほぼ等しい周波数を備えた既
定の信号のうちから選択される。もう１つの望ましい解
決策では、既定の信号が１つだけしか送出されず、この
信号は、自己相関関数とほぼ同じ周波数（前述の特定の
電気信号の周波数）を含むように圧縮されるか、あるい
は、拡張される。次に、特定の電気信号と、選択された
、または、発生された既定の信号が、互いに対して相互
相関を施される。互いに対して相互相関が施された関数
がほぼ同じ周波数を備えている場合、相互相関の数学的
操作によって、信号の有効成分すなわち期待成分が増幅
され、人為結果及びノイズが抑圧されることになる。 従って、特定の電気信号の周波数を確実に検出できる場
合、ほぼ同じ周波数の前記既定の信号との相互相関によ
って、信号から望ましくない成分が除去される。これに
よって、相互相関関数の最大振幅を検出し、前記最大振
幅を用いて、酸素飽和度を計算するのが容易になる。相
互相関関数の明確な、妨害のない最大振幅により、ノイ
ズのある信号または人為結果を含む信号からであっても
、酸素飽和度の信頼性のある読取り値を示すことが可能
なる。

【００３７】この方法が、信号量が透過酸素飽和度測定
に比べて劣る反射酸素飽和度測定にとって特に有効であ
るのは明らかである。特に、上述のセンサと方法を組み
合わせることによって、良好な結果が得られる。ただし
、強調しておかなければならないのは、前述のセンサ及
び方法の１つと組み合わせられない場合でも、受信した
信号に対して自己相関を施し、その周波数を抽出し、同
じ周波数を備えた標準関数を相互相関する方法によって
、やはり、信号がかなり改善されることになる。本願明
細書に記載の方法は、特に、ノイズであるバックグラウ
ンドに隠された、または、人為結果によって妨害された
信号に対する透過酸素飽和度測定にとって極めて有効で
ある。

【００３８】本実施例によれば、それぞれ、センサの所
定の適用位置についての標準関数として役立つ既定の信
号セット（すなわち、理想信号）が得られる場合、信号
をさらに改善することが可能になる。本発明による改善
によって、ユーザがセンサの適用位置を入力し、このセ
ンサの適用位置に従って、前記既定の信号セットから既
定の信号が選択される。次に、前記選択された既定の信
号を利用して、受信した信号との相互相関が行なわれる
。この場合、標準関数は特に適用位置に適しているので
、この特定の用途に最適化させることができ、従って、
いっそう良好な結果が得られることになる。

【００３９】他の好ましい実施例では、人体に対する所
定の適用位置または所定の組織特性を表わしたパターン
信号のセットを得る。受信した特定の電気信号と前記パ
ターン信号を比較し、前記特定の電気信号について最も
一般的な特性から成るパターン信号を既定の信号として
選択される。この方法は、従って、入力信号に基づく標
準関数の自動選択が可能になる。この自動適合は、例え
ば、多目的センサにおける適用位置または組織特性の検
出に利用することが可能で、人体への特定の取付けに適
したセンサの場合、患者の年令、性等に基づく適切な適
用かどうかのチェックと、異なる組織の弁別の両方また
は一方に利用することも可能である。例えば、成人用の
フィンガ・センサの場合、新生児の腕に取りつけること
も可能であり、前述の方法によれば、オキシメータは、
これらの異なる適用の弁別を行ない、適応する補正処置
を施すことが可能である。

【００４０】所定のパターン信号が、さまざまなやり方
で、例えば、その振幅と入力信号を比較することによっ
て、前記パターン信号のセットから選択可能になる。し
かし、望ましい解決法は、受信した電気信号と、前記パ
ターン信号のセットのうちの各パターン信号との順次相
互相関を行なうことである。これによって、極めて強力
なパラメータである形状の比較が実際の関数と標準関数
との間で行なわれることになる。

【００４１】相互相関を行なう上述の方法は、ある特定
の波長だけを表わす信号に基づいて、あるいは、できれ
ば、受信する全ての信号に基づいて実施することが可能
である。しかしながら、特定の波長における信号が満足
のゆくもので、それ以上の信号の改善を必要としないと
いうことが判明する場合もある。このような場合、上述
の方法は、他の波長に対応する信号に基づいて実施する
だけでよい。さらに、受信した信号と既定の信号すなわ
ちパターン信号との相互相関によって、酸素飽和度の読
取り値が大幅に改善されるが、自己相関が、受信信号の
周波数の検出に必要でないことが判明する場合もある。 （すなわち、受信した信号が、それによって直接トリガ
する（その周波数を検出する）のに十分な品質を備えて
いる。）本発明では、このような例にも関連するもので
ある。

【００４２】本発明は、変換手段（受けた電磁波の強度
を電気信号に変換する）と、自己相関手段（前記電気信
号のうち少なくとも特定の１つについて自己相関を行な
う）と、周波数検出手段（自己相関関数の周波数を検出
する）と、周波数適応手段（既定の信号の周波数を自己
相関関数の周波数に適応させる）と、相互相関手段（前
記特定の電気信号と前記既定の信号の相互相関を行なう
）と、検出手段（前記相互相関関数の最大振幅を検出す
る）と、酸素飽和度計算手段（前記最大振幅から酸素飽
和度を計算する）から構成される、人体組織によって反
射する、あるいは、人体組織を透過する少なくとも２つ
の異なる波長を備えた電磁波の強度から酸素飽和度を非
観血的に測定するための装置によっても構成される。 周波数検出手段は、自己相関関数のピークを検出し、こ
のようなピーク間の時間遅延、及び、このような時間遅
延の逆関数としてのパルス周波数を計算する。一定の、
または、適応するトリガ・レベルを備えたピーク・トリ
ガで構成することができる。周波数適応手段は、既定の
信号の周波数を拡張するか、または、圧縮することによ
って、受信した信号と同じ周波数を組み入れるようにな
っている。こうした周波数の適応は、デジタル方式で記
憶された信号におけるいくつかのサンプルを除去するこ
とによって実施することもできるし（例えば、１つおき
にサンプルを除去することによって周波数が２倍になる
。）いくつかのサンプル間の補間を行ない、これにより
、周波数を減少されるものと同等の、信号の拡張を行な
うことも可能である。もちろん、周波数適応手段は、代
りに、形状は同等であるが、周波数は異なる既定の信号
から選択することもできる。

【００４３】検出手段は、相互相関関数の最大振幅を検
出するピーク・トリガから構成することもできる。次に
、こうした最大振幅を用いて、酸素飽和度が計算される
。相互相関関数の最小振幅を検出する手段を設けること
も可能なのは明らかで、これは、各波長における信号の
直流成分と交流成分を用いて、酸素飽和度の情報が計算
されるパルス酸素飽和度測定法において特に有効である
。最大振幅と最小振幅の差によって、交流成分が示され
、最小振幅によって、直流成分が示される。好適な一実
施例は、このような装置は、また、ユーザが人体に対す
るセンサの適用位置所を入力できるようにするセンサ適
用入力手段でも構成される。この情報は、適用位置に従
って既定の信号セットから既定の信号を選択する既定の
信号選択手段によって用いられる。この環境において、
該装置は、ユーザが選択する人体の所定の適用位置を特
に表わした既定の信号を選択することができる。

【００４４】代替案として、該装置は、特定の電気信号
と、人体に対する所定の適用位置または所定の組織特性
を表わすパターン信号のセットとの比較を行なうパター
ン信号比較手段で構成することもできる。一次判定基準
が信号の形状である場合、こうした比較は、相互相関手
段によって行なうことができる。次に、既定の信号選択
手段が、前記電気信号について最も一般的な特性、例え
ば、相互相関関数における最大の振幅、から成るパター
ン信号を既定の信号として選択する。これは、特定の取
付けまたは組織特性に従って「最適関数」を基準として
選択することができる「適応可能」装置でもある。

【００４５】受信信号がそれに直接トリガされる場合、
即ち、それ以上信号処理を加えずにその周波数を計算す
ることができる十分な品質を備える場合、受信した電気
信号の自己相関を省略することもできる。

【００４６】

【発明の実施例】図１には、反射率型酸素飽和度測定セ
ンサ１を示す。センサ１は、人体部分３に取りつけられ
たキャリア本体２から構成される。人体部分３は、患者
の胸部、腹部、脚部等である。集中患者（すなわち、シ
ョック状態の患者）の場合、腕または脚のような四肢は
、血液の脈動の不足によって利用することができない。 これは、反射酸素飽和度測定が必要な特定の用途で、胸
部または腹部の徹照法が不可能であるため、反射センサ
しか用いることができない。

【００４７】ここでは、キャリヤ本体２は、一構成素子
の一部として示しているが、キャリヤ手段をいくつかの
接続した、あるいは、接続しない構成素子から成ること
は明らかである。キャリヤ本体２は、都合の良い方法で
、例えば、外科用接着剤または自己接着性テープ（図示
せず）を用いて２人体に固定することができる。キャリ
ヤ本体２は、３個のボア４、５、６を備える。ボア４、
６は発光ダイオード（ＬＥＤ）７、９を保持し、一方、
ボア５はフォトトランジスタまたはフォトダイオード等
の光電受信器を収容する。これらのＬＥＤ及び光電受信
器へ導くワイヤの電気的接続は、ここでは詳細に示して
いない。この接続は、通常の方法で行なうことができる
。例えば、適切なオキシメータに接続する接続ケーブル
を用いる。

【００４８】ＬＥＤ７、９は、波長の異なる光を人体に
送り込む。例えば、ＬＥＤ７は、波長が６５０ｎｍｓ（
赤）の光を放出することができ、一方、ＬＥＤ９は、波
長が９４０ｎｍｓ（赤外）の光を放出することができる
。これらのＬＥＤによって放出される光は、光路１０、
１１（赤）及び、１２、１３（赤外）によって示すよう
に、人体組織へ透過させたり、人体組織に反射させたり
する。反射光は、両方の波長に感応する光電受信器８が
受ける。

【００４９】図１に示すように、人体組織に対する浸透
の深度は、２つの波長の差であり、すなわち、波長に依
存する。本発明によれば、送信器ＬＥＤ７、９は、光電
受信器８に対して対称には配置していない。代りに、距
離ｄ１　（ＬＥＤ７と受信器８の距離）と距離ｄ２　（
ＬＥＤ９と受信器８の距離）を等しくさせていない。

【００５０】距離ｄ１　、ｄ２　は、赤色光路の長さ（
ｌ１　＋ｌ２　、すなわち、光路１０、１１の長さ）が
、赤外光路（ｌ３　＋ｌ４　、すなわち、光路長１２、
１３）と等しくなるように選択される。赤外光は、吸光
率が小さく、従って、吸収が小さいので、人体に対する
浸透度に深くなるため、赤外ＬＥＤ９を赤色ＬＥＤ７に
比べて、光電受信器により近くなるように配置する。

【００５１】「ｌ１　＋ｌ２　＝ｌ３　＋ｌ４　」の選
択によって、人体組織における波長の異なる光の光路を
等しくさせる。この方法によって、理論的仮定に適合さ
せ、信頼できる酸素飽和度の読取り値を確実にする。セ
ンサ１の接続されたオキシメータ（ここでは図示せず）
が、強度を測定する。すなわち、受信した信号をアナロ
グ電圧及びまたはデジタル値に変換し、この強度、特に
、交流成分と直流成分を用いて、上述のように酸素飽和
度の計算を行なう。

【００５２】光電受信器８が両方の波長に感応する場合
、センサはパルス・モードで動作し、任意の時点で受信
する波長は、その一方に限られるようにしなければなら
ない。代りに、用いる波長のいずれかに対し選択性を有
する組合せ受信器を用いることも可能である。この場合
には、送信器ＬＥＤは連続的に動作する。

【００５３】距離ｄ１　、ｄ２　は条件「ｌ１　＋ｌ２
　＝ｌ３　＋ｌ４　」がセンサの設計対象である適用位
置に対して適合するように選択される。代りに、平均的
な組織特性、例えば、吸光率を利用して、ｄ１　、ｄ２
　を決めることも可能である。これは、人体のさまざま
な部分、例えば、胸部、腹部、脚、腕に取りつけつるこ
とが可能な多目的センサに特に有効である。

【００５４】センサ表面が比較的平坦な例では、同じ長
さの光路によって、さまざまな送信ＬＥＤ７、９と光電
受信器８間の距離ｄ１　、ｄ２　が異なる。強調してお
かなければならないのは、これらは必須というわけでは
ないということである。幾何学形状が極めて複雑なセン
サの場合、送信ＬＥＤと光電受信器の距離が等しくなる
場合もある。各種波長における光路がほぼ等しい限り、
こうしたセンサもやはり本発明の範囲に含まれることに
なる。さらに、他の身体的パラメータの測定に用いられ
る追加送信器を設けることも可能である。これらの追加
ＬＥＤの場合、光路長が等しいという条件は、必ずしも
満たされなくてもよい。

【００５５】図２には、図１に示す原理の逆を示す。反
射センサ１４は、ボア１６に収容された、２つの異なる
波長の光を放出可能な送信ＬＥＤ１５から構成される。 赤色光（光路１７、１８）が、ボア２０に収容された光
電受信器１９に送られ、一方、赤外光は（光路２１、２
２）、ボア２４に収容された光電受信器２３に送られる
。図１と同様、図２は、条件「ｌ１’＋ｌ２’＝ｌ３’
＋ｌ４’」を満たしている。センサ１４は、連続的動作
またはパルス動作が可能である。

【００５６】図１に示すセンサの場合、送信ＬＥＤ７、
９は、光電受信器８に対して両側に配置される。同様に
、図２の場合、光電受信器１９、２３は、送信ＬＥＤ１
５の両側に配置される。もちろん、これは必須の特徴で
はない。図３には、送信ＬＥＤ２６（赤外）及び２７（
赤色）が光電受信器２８に対し同じ側に配置される反射
センサ２５を示す。本発明では、距離ｄ１”、ｄ２”が
、「「ｌ１”＋ｌ２”＝ｌ３”＋ｌ４”」となるように
選択される。図３に示す構成によって、よりコンパクト
で、小さい設計が可能になる。特に、キャリヤ本体２９
の寸法は小さくすることができる（図示せず）。

【００５７】図４には、本発明の他の実施例であるセン
サ３０を示す。センサ３０は、フィンガ・センサ、すな
わち、特に人間の指３１に取りつけるのに適したセンサ
である。このセンサは、それ自体の断面が閉じられ、人
間の指を覆うキャリア本体３２から構成される（新生児
の場合、新生児の腕に取りつけることも可能である）。 送信ＬＥＤは、３３（赤外）及び３４（赤色）を表示さ
れる。参照番号３５は、光電受信器を表わす。距離ｄ３
　、ｄ４　は、条件「ｌ５　＋ｌ６　＝ｌ７　＋ｌ８　
」が満たされるように選択される。

【００５８】センサ３０の幾何学形状は、所定の用途に
特に適している。人体の別の部分、すなわち指以外の人
間の四肢に用いることができないので、距離ｄ３　、ｄ
４　の極めて正確な調整が可能になる。人体組織の吸光
率は非常によく知られているので、条件「ｌ５　＋ｌ６
　＝ｌ７　＋ｌ８　」を完全に満たすことができる。他
方、センサ３０は、新生児の腕に取りつける場合、平均
値を求めなければならない。成人の指または新生児の腕
に対する取付けを考慮に入れるという問題の解決策につ
いては後述する。これは、異なる患者の指における組織
構造の相違について考慮しなければならない場合でもあ
る。

【００５９】特定の用途に適した他のセンサは、図５に
示す胎児用センサ３６である。該センサは、吸引カップ
形状のキャリヤ本体３７から構成される。吸引管３８は
図示しない吸引管と接続する。センサは、膣を介して胎
児の頭皮に取りつけられる。すなわち、組織３９は頭皮
の外層を表わす。吸引管３８に減圧を施すことによって
、センサが頭皮に固定される（外科用接着剤を利用して
行なうことも可能である。）。送信ＬＥＤ４０（赤外）
及び４１（赤色）は、条件「ｌ５’＋ｌ６’＝ｌ７’＋
ｌ８’」を満たすように、光電受信器４２の光路等に関
連させて配置される。

【００６０】図６に、上述のセンサを操作する装置、オ
キシメータの基本構造を示す。オキシメータに接続する
センサを４３で示す。受信器で生成される信号は、ライ
ン４４によって電流／電圧変換器４５に送られ、さらに
、アナログ・デジタル変換器４６に送られて、測定した
強度のデジタル表示が行なわれる。このデジタル値は、
次に、プログラム・メモリ４８の制御下で動作するマイ
クロプロセッサ４７に送られる。このプログラム・メモ
リは、マイクロプロセッサ４７が酸素飽和度を計算する
のに必要な全てのコードを含む。それは、また、受信そ
して変換された信号に対する妥当性チェックを実施する
プログラム・コードも含まれる。すなわち、前記プログ
ラム・コードは、受信信号と、予め定義した制限あるい
は予め決められた信号とを比較し、このような制限を超
えるかまたは既定の信号に合致しない場合、プロセッサ
はユーザへのアラームまたは警告メツセージを生成する
。これは、変換器が間違った位置に取りつけられたかあ
るいは固定に取りつけられていないことを表わすもので
ある。

【００６１】メモリ４８に納められるプログラム・コー
ドはさらにプロセッサ４７に対して受信、そして変換し
た信号を人体におけるある適用位置またはある組織特性
を表わした予め定義された信号セットと比較する命令を
含む。このような比較は、相互相関で行なってもよい。 また、減衰値または振幅に基づいて実施することも可能
である。プログラム・コードは、次に、プロセッサに対
し、受信信号について最も共通の特性から成る既定の信
号セットを選択するように命令する。

【００６２】このチェックには、いくつかの理由がある
。特に人間の四肢のある部分に適用するように設計され
たセンサの場合、このチェックによって、センサが正し
く適用され、人間の皮膚との接触が良好であるかを明ら
かにする。さらに、オキシメータは、所定の組織構造に
対して自己適応（ｓｅｌｆ−ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）す
ることも可能である。（患者毎に、指等の肉体に変動が
見られる可能性がある。）最後になったが、重要な点と
して、汎用センサの場合、適用位置の検出が可能である
。

【００６３】従って、プログラム・コードは、プロセッ
サ４７に対して、かなり良好な酸素飽和度の読取り値が
得られるように選択されたセットに基づいて、受信信号
に補正を施すように命令する

【００６４】図７ａでは、反射センサ４９は、ボア５１
、５２、５３、５４を備えたキャリヤ本体５０から構成
される。これらのボアは、送信ＬＥＤ５５、５６、５８
と、光電受信器５７を収容する。

【００６５】送信ＬＥＤ５５、５６は、同じ波長の光を
放出し、一方、送信ＬＥＤ５８は、別の波長の光を送り
出す。例えば、送信ＬＥＤ５５、５６は、赤色スペクト
ルの電磁波を放出することができ、送信ＬＥＤ５８は、
赤外スペクトルの電磁波を放出することができる。光電
受信器５７は、両方の波長に対して感応する。

【００６６】このようなセンサは、さまざまな適用位置
またはさまざまな組織特性に適応することができる。図
７ａでは、送信ＬＥＤ５５と光電受信器５７間の距離は
、ある組織、例えば、胸部５９において、光路６０、６
１の全長が光路６２、６３の全長に等しくなるように選
択される。もう一方の赤色送信ＬＥＤ５６は、別の種類
の組織、例えば、頭皮６８において、光路６４、６５の
全長が光路６６、６７の全長に等しくなるように配置さ
れる。

【００６７】明らかなように、浸透の深さ、従って、光
路長も、各波長毎に組織の種類によって変動する。それ
にもかかわらず、図７ａ及び図７ｂに示す設計の場合、
センサを特定の用途に適応させることができる。このよ
うな適応は２つの異なる目的で実施することができる。 適用位置が同じであるが（例えば、胸部）、組織特性が
患者毎に異なるという場合でも、汎用センサを所定の適
用位置に適応させる第１の目的と、異なる組織構造の区
別を行なう第２の目的等がある。

【００６８】送信ＬＥＤ５５、５６の選択は、オキシメ
ータによって、さまざまな方法で実施することができる
。まず、人体に対する適用位置を選択するための選択入
力手段を設けることが可能である。例えば、ユーザが適
用位置（及び／または患者の年令等の他の測定特性）を
入力する。オキシメータは、選択入力手段に応答して送
信器選択手段より成り、適切な送信器を選択する。さら
に、オキシメータは、受信信号と選択された適用位置を
表わす既定の制限または信号との比較を行なう妥当性チ
ェック手段も含むことができる。例えば、ユーザがまち
がった適用位置を入力する場合等、かなりの偏差が検出
されると、アラームまたは警告メッセージを生成するこ
とができる。

【００６９】代替案として、オキシメータは、所定の用
途または組織に最も適した送信器の自動選択を行なうこ
とも可能である。このようなオキシメータは、利用可能
な全ての及び／または順次選択し、可能性のある全ての
光路をテストする。いずれにせよ、受信した信号は、人
体に対する所定の適用位置、または、所定の組織特性を
表わす既定の信号セットと比較する。このような比較は
、例えば、相互相関によって行なうことができる。送信
器／受信器の組合せ毎に、すなわち、各光路毎に、対応
度（例えば、相互相関関数の最大値）が記憶される。 全てのテストが完了すると、対応度が最下の送信器／受
信器の組合せが選択され、関連する送信器／受信器りに
よって、さらに測定を行なう。

【００７０】センサ構成及びオキシメータ動作に関する
上述の原理についても、同じ波長の多数の送信ＬＥＤが
設けられる（例えば、図７ａ及び図７ｂのＬＥＤ５５、
５６）のではなく、代りに、多数の受信器が設けられる
という意味で「逆にする」ことが可能である。さらに、
１つの波長を備えた多数の送信ＬＥＤと、もう１つの波
長を備えた別の多数の送信ＬＥＤを設けることも可能で
ある。

【００７１】図８に、このようなセンサを示す。キャリ
ヤ本体６９は、赤色ＬＥＤ７０ａ〜７０ｄ及び７１ａ〜
７１ｄと、赤外ＬＥＤ７２ａ〜７２ｄ及び７３ａ〜７３
ｄから構成される。受信器は、７４で示されている。適
切なオキシメータと共にこのようなセンサを利用し、赤
色ＬＥＤ／赤外ＬＥＤの適切な組合せを選択することに
よって、さまざまな種類の測定に対して極めて精密に手
動または自動で適応させることができる。

【００７２】図９及び図１０には、胎児の皮膚に取りつ
け、この原理を具現化した胎児センサを示す。センサ・
ケース７５は、ケーブル７６を介してオキシメータ（図
示せず）に接続する。吸引管７７は、吸引リング７９と
の接続を可能にするノズル７８と接続する。吸引室８０
が、胎児の皮膚と接触しており、吸引室８０に減圧が施
されるとセンサを皮膚に保持する。

【００７３】センサの中央に、２つの赤外ＬＥＤ８１ａ
、８１ｂ、２つの赤色ＬＥＤ８２ａ、８２ｂと共に、光
電受信器８３が配置されている。各波長を備えたＬＥＤ
と光電受信器の距離が異なるので、手動または自動で異
なる組織特性に前述のように適応させることができる。 図９及び図１０に示すセンサは、ここでは図示していな
いが、心電図の接点で構成することもできる。

【００７４】図１１では、ｒ（ｔ）は、受信信号、即ち
、光電受信器が受信した信号を表わす。８４に従って、
この信号に対して自己相関を実行する。自己相関の周知
の特徴は、周期的信号の特定の特性を増幅する。この場
合、関係する事象は、動脈血の脈動の発生である。

【００７５】従って、自己相関関数Ａｒ（ｔ）のピーク
すなわち高振幅のトリガすることが可能である。これは
、８５に示す。動脈血の脈動を表わした受信信号の振幅
は、もとの信号ｒ（ｔ）と比較すると、自己相関関数に
おいて大きい（それに含まれているノイズまたは人為結
果に対して）ので、動脈血の脈動に関連したピークを見
つけることが容易となる。

【００７６】後続ピーク間の時間遅延を測定し、この時
間遅延の逆として周波数が計算されるので、検出したピ
ークを利用して、自己相関関数の（従って、また、もと
の信号ｒ（ｔ）の）周波数が計算される。これは、図１
１のフローチャートの８６に示す。動脈血の脈動は心拍
動の結果であるため、計算された周波数は心拍数を表わ
す（８７）。図１１に示す方法は、心電図用電極を用い
ずに、また、ＥＣＧの処理に電子装置を追加しなくても
すむように、心拍数の計算を行なうことができる（酸素
飽和度の計算の副産物として）。

【００７７】図１１に示す方法はさらに、既定の関数ま
たはパターン関数Ｓ（ｔ）を供給する。このパターン関
数は、選択された用途にとって理想信号を表わす。８８
では、周期的関数Ｓ（ｔ）の拡張または圧縮が行なわれ
、その周波数が自己相関関数Ａの、または、（同じの）
受信信号ｒ（ｔ）の周波数とほぼ等しくなる。デジタル
環境では、拡張は、例えば、Ｓ（ｔ）の後続するサンプ
ル間の補間によって実施することができ、一方、圧縮は
、Ｓ（ｔ）の所定のサンプルが周期的に消去されること
によって可能になる。

【００７８】これで、オキシメータは受信信号に対して
最適の関数を計算するが、両方とも、同じ周波数を表わ
している。その測定サイクルの間、オキシメータは、８
９に示されるように、受信信号と最適関数の相互相関を
実施する。こうした相互相関によって、期待の、すなわ
ち、望ましい成分を通し、期待されない信号成分（アー
チファクト等）を除去する。従って、もとの信号ｒ（ｔ
）に、アーチファクトが重過していたり、ノイズで妨害
される場合であっても、相互相関関数の最大（及び／ま
たは最小）振幅を用いて、酸素飽和度を正確に計算する
。 酸素飽和度の計算は９０に示す。

【００７９】ライン９１で示すように、測定が継続する
限り、酸素飽和度を求めるためＸ相互相関関数の計算を
続けて実行する（新しい信号（ｒ）について）。

【００８０】明らかに、自己相関関数及び相互相関関数
について８４及び８９で用いた式は、「理想」式である
。実際の用途において、無限に積分することは不可能で
、さらに、積分の代りにデジタル加算を用いることも可
能である。このような手段は、当業者にとって周知であ
る。

【００８１】図１２ａ及び図１２ｂにいっそう高度な信
号の改善を示す。機械的には図１１に示す方法と同等の
ものは同じ参照番号を付しているが、アポストロフィを
加えている。

【００８２】図１１に示す方法では、最適関数Ｓ（ｔ）
は１つだけしか（あるいは、ユーザによって用途エント
リでそれらに含まれるある最適関数を選択することがで
きる一群の最適関数）得られないが、図１２ａ及び図１
２ｂに示す方法では、所定の用途または組織に自動的に
適応する。このため、該方法ではｎ個の多数の最適関数
Ｓｎ（ｔ）（パターン信号の「セット」とも呼ばれる）
を得ることができる。

【００８３】続いて、各パターン関数Ｓｎ（ｔ）は拡張
または圧縮され、自己相関関数と同じ周波数が取り入れ
られ、さらに、ｒ（ｔ）との相互相関を実施する。相関
が満足すれば、すなわち、相互相関関数の最大振幅また
は平均値がある制限を超えると、その都度、オキシメー
タは、適用位置または組織特性を検出したものと推定し
、この基準関数との相互相関に基づいて、さらに測定を
行う。

【００８４】以下この基本的な操作スケームについて、
図１２ａ及び図１２ｂのフローチャートに従って説明す
る。図１２ａでは、まず、インデックスを表わすカウン
タｎを１に設定する（９２）。次に、パターン信号Ｓｎ
（ｔ）（上述に定義されたｎ）の拡張または圧縮が施さ
れて、自己相関関数と同じ周波数が組み入れられる（９
３）。その後、ｒ（ｔ）及びＳｎ（ｔ）について相互相
関が実行し、（９４）、相関度が評価される（９５）。 上述のように、選択の判定基準には、例えば、相互相関
関数における最大ピークの高さ、その平均値、その１つ
の周期にわたる積分、相関係数等がある。

【００８５】相関が満足するものではなければ、ｎは１
増幅され（９６）、再び、次のパターン信号と共に処理
が開始する。（図１２ａには、全てのパターン信号に、
満足しない相関がみられる場合については何も示してい
ない。このような場合、エラー・メッセージを生成する
かあるいは相関の度合が最高のパターン信号を選択しな
ければならない。）

【００８６】満足のゆく相関が検出される毎に、操作は
ラベル「Ａ」に進み、受信信号ｒ（ｔ）と選択されたパ
ターン関数Ｓｎ（ｔ）との相互相関によって、さらに測
定を行なう。（図１２ｂ）

【００８７】図１２ａ及び図１２ｂに示すパターン関数
を評価する代りに、ｒ（ｔ）と全てのパターン関数との
相関を計算し、相関の度合が最高のパターン関数を選択
することも可能である。図１３ａ〜図１３ｃには、この
ようなより洗練された方法が示されている。所定のパタ
ーン関数の選択に必要な時間を短縮するため、図１３ａ
〜図１３ｃによる方法によって、近似アルゴリズムが用
いられる。パターに関数を、それぞれが所定の特性を表
わすグループをなすように、あらかじめ選択する。ｒ（
ｔ）は、最初の、各グループの１つのパターン関数（「
グループ・パターン関数」：この関数は、表わすグルー
プにとって典型的である）との相互相関が施される。次
に、ｒ（ｔ）との相関の度合が最も高いグループ・パタ
ーン関数（従って、グループ）を選択する。第２のステ
ップにおいて、ｒ（ｔ）は、選択したグループの各メン
バと相互相関が施され（微同調（ｆｉｎｅ　　ｔｕｎｉ
ｎｇ））、相関の度合が最高のメンバを基準パターン関
数に選択する。

【００８８】図１３ａでは、参照番号８４”、８５”、
８６”は、図１１及び図１２ａと同じ関数、すなわち、
自己相関、ピーク・トリガ、及び、周波数計算を表わし
ている。

【００８９】図１３に示す方法は、２つのカウンタまた
は指標ｎ，ｍを用い、ステップ９７及び９８において１
に設定する。「ｍ」は、パターン関数のグループに関連
するカウンタで、「ｎ」は、グループ内における単一の
パターン関数に関連するカウンタである。

【００９０】第１のステップでは、ｒ（ｔ）に関係して
最も一般的な振幅を含むグループを求めることである。 このため、グループにおける第１のパターン関数Ｓｍ１
（ｔ）　（このグループの典型的な例として選択され、
このグループの主な特性を含む）について拡張／圧縮が
行なわれ、Ａｒ（ｔ）と同じ周波数、すなわち、同じ周
期を有する。（ステップ９９）次に、ｒ（ｔ）とＳｍ１
（ｔ）　の相互相関を実行する（ステップ１００）。ス
テップ１０１によれば、ｒ（ｔ）について一般的な特性
の程度（例えば、相関係数）、ここでは、相関フォリフ
ァイヤＱ（ｍ）　と呼ぶ、が記憶される。

【００９１】ステップ１００による相互相関は、利用可
能な全てのグループについて実施され、カウンタｍは、
その最大値に達するまで（１０３）、増加され、（１０
２）。

【００９２】全ての相互相関の処理が施されると、先行
のプロセス時に記憶された全ての相関フォリファイヤか
ら最大の相関フォリファイヤＱ（ｍ）ｍａｘが求められ
る（図１３ｂ）。ここで、その関連するカウンタまたは
指標ｍを、Ｍに設定する（１０５）。Ｍは、選択された
グループを表わし、ｒ（ｔ）について最も一般的な特性
を表わす。

【００９３】次に、グループＭからのあるメンバ（パタ
ーン関数）を選択する。パターン関数ＳＭｎ（ｔ）　だ
けが（選択グループに含まれるパターン関数）、このプ
ロセスにおいて考慮される。前述と同様、Ａｒ（ｔ）と
同じ周波数を表わすため、Ｓｍｎ（ｔ）　の拡張／圧縮
が行なわれ（１０６）、ｒ（ｔ）及びＳＭｎ（ｔ）　に
ついて、相互相関が実施される（１０７）。相関フォリ
ファイヤＱ（ｎ）　が記憶され（１０８）、プロセスは
、選択したグループの全てのメンバについて反復し、ｎ
はその最大値に達するまで（１１０）、増加される（１
０９）。フォリファイヤＱ（ｎ）ｍａｘ（最高の相関度
）が選択され（１１１）、その関連するカウンタまたは
指標ｎを選択グループから選択されたパターン関数の指
標Ｎを表わすこととなる（１１２）。

【００９４】以上で、パターンＮ関数の選択が完了する
。利用可能な全てのパターン関数Ｓｍｎ（ｔ）　のうち
、ＳＭｎ（ｔ）　は、後続の測定時に、ｒ（ｔ）との相
互相関に用いられるパターン関数である。これは、図１
１及び１２ｂにおける対応するブロックと同一の８９”
及び９０”（図１３ｃ）に示されている。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では様々な用
途に広い適合性を有する反射型の酸素飽和度測定を可能
とし、相関法を用いて受信信号のノイズを低減すること
により精度の高い測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるセンサの断面図。

【図２】本発明の第２の実施例であるセンサの断面図。

【図３】本発明の第３の実施例であるセンサの断面図。

【図４】本発明に係るフィンガ・センサの断面図

【図５
】本発明に係る胎児監視用センサの断面図。

【図６】本発明に係る酸素飽和度測定装置のブロック図
。

【図７】本発明の他の実施例である多用途及び多種の組
織特性に適応するセンサの断面図。

【図８】本発明の他の実施例である自己調整型センサの
断面図。

【図９】本発明の他の実施例である胎児用センサの断面
図。

【図１０】図９の方向からみた正面図。

【図１１】本発明の一実施例である酸素飽和度測定方法
の動作説明図。

【図１２ａ】本発明の他の実施例である酸素飽和度測定
方法の動作説明図。

【図１２ｂ】図１２ａに続く動作説明図。

【図１３ａ】本発明の他の実施例である酸素飽和度測定
方法の動作説明図。

【図１３ｂ】図１３ａに続く動作説明図。

【図１３ｃ】図１３ｂに続く動作説明図。

【符号の説明】

１、１４、２５、３０、３６、４３、４９：センサ７、
９、１５、２６、２７、３３、３４、４０、４１、５５
、５６、５８：送信ＬＥＤ ８、１９、２３、２８、３５、４２、５０、５７：光電
受信器 ２、２９、３２、３７：チャリヤ本体 ３８：吸引管 ４５：電流／電圧変換器 ４６：アナログ／デジタル変換器 ４７：プロセッサ ４８：プログラム・メモリ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャリヤ手段と前記キャリヤ手段上に取り
   付けられた人体組織へ異なる波長の電磁波を照射する少
   なくとも２個の送信器と前記キャリヤ手段上に取り付け
   られた人体組織から反射した前記電磁波を受信する少な
   くとも１個の受信器を含み、前記送信器は人体組織を通
   る光路長が異なる波長において等しいセンサと、前記受
   信電磁波の強度を電気信号に変換する変換手段と、前記
   電気信号から酸素飽和度を計算する処理手段と、予め定
   めた制限または信号と前記受信信号と比較し、差が大き
   いとアラームまたは警告メッセージを生成する確認手段
   から成ることを特徴とする酸素飽和度測定装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の酸素飽和度測定装置におい
   て、前記センサは少なくとも一個の送信器と少なくとも
   ２個の受信器を分け、前記受信器は人体組織を通る光路
   長が異なる波長において等しいことを特徴とする酸素飽
   和度測定装置。
3. 【請求項３】次の（イ）から（ホ）より成る酸素飽和度
   測定方法。 （イ）受信した電磁波の強度を電気的に変換し、（ロ）
   人体部分の適用位置あるいは組織特性を表す既定の信号
   のセットと予め定 められた波長の電磁波に対応する電気信号を比較し、（
   ハ）前記電気信号に最も共通する特性を備える前記セッ
   トを選択し、 （ニ）前記選択したセットに関する予め定めた波長の電
   磁波に対応する電気信号を補正し、 （ホ）前記補正した電気信号から酸素飽和度を計算する
   。