JPH04250140A - 酸素濃度計 - Google Patents
酸素濃度計Info
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- JPH04250140A JPH04250140A JP3089245A JP8924591A JPH04250140A JP H04250140 A JPH04250140 A JP H04250140A JP 3089245 A JP3089245 A JP 3089245A JP 8924591 A JP8924591 A JP 8924591A JP H04250140 A JPH04250140 A JP H04250140A
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
- A61B5/14552—Details of sensors specially adapted therefor
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- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
- G01N21/3151—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using two sources of radiation of different wavelengths
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- A61B2562/08—Sensors provided with means for identification, e.g. barcodes or memory chips
-
- G—PHYSICS
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- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は人間の患者の動脈血の酸
素飽和量および脈搏数を光電作用により決定するための
ソリッド・ステート・モニターに関し、既知の抵抗値を
有する抵抗により較正された使捨て可能なプローブに使
用するための酸素濃度計に関する。
素飽和量および脈搏数を光電作用により決定するための
ソリッド・ステート・モニターに関し、既知の抵抗値を
有する抵抗により較正された使捨て可能なプローブに使
用するための酸素濃度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】手術室内には重大な問題が存在する。特
に、血液中の酸素レベルの化学的決定は少なくとも３乃
至５分を要する。このような期間血液の酸素を失った患
者は、一般に、死亡しないまでも回復不能な脳の損傷を
受ける。
に、血液中の酸素レベルの化学的決定は少なくとも３乃
至５分を要する。このような期間血液の酸素を失った患
者は、一般に、死亡しないまでも回復不能な脳の損傷を
受ける。
【０００３】Ｗｏｏｄの米国特許第２，７０６，９２７
号は、人体の組織による２つの波長の光の吸収量の測定
からの酸素飽和量の計算方法を開示している。この技術
を用いて一連の装置および手法が発見されてきた。
号は、人体の組織による２つの波長の光の吸収量の測定
からの酸素飽和量の計算方法を開示している。この技術
を用いて一連の装置および手法が発見されてきた。
【０００４】このような光電作用による酸素濃度計の必
要とされる周辺装置は光電作用プローブである。一般に
、このようなプローブは、患者の耳または指の如き身体
の付属器官に対して緊締される。このようなプローブは
、光をこの付属器官に指向させるための少なくとも１つ
の光源および前記付属器官から拡散された光を受取るた
めの少なくとも１つのセンサを必要とする。所要の周波
数の光を得る１つの方法は、既知の出力の単色フィルタ
と組合わせて不確定な波長範囲の光源を使用することで
あった。このような装置は不充分なものであり、不必要
な電力需要量および熱の発生を伴うものである。
要とされる周辺装置は光電作用プローブである。一般に
、このようなプローブは、患者の耳または指の如き身体
の付属器官に対して緊締される。このようなプローブは
、光をこの付属器官に指向させるための少なくとも１つ
の光源および前記付属器官から拡散された光を受取るた
めの少なくとも１つのセンサを必要とする。所要の周波
数の光を得る１つの方法は、既知の出力の単色フィルタ
と組合わせて不確定な波長範囲の光源を使用することで
あった。このような装置は不充分なものであり、不必要
な電力需要量および熱の発生を伴うものである。
【０００５】Ｈｅｒｃｚｆｅｌｄ等の米国特許第３，７
０４，７０６号は、ソリッド・ステート・フォトデテク
タを備えた光学的プローブにおいてソリッド・ステート
の赤色レーザの使用を示すものである。既知の波長の単
色光を発射することによりフィルタの必要を排除するレ
ーザは有効であるが、これらのレーザは高価であり扱い
にくいものである。
０４，７０６号は、ソリッド・ステート・フォトデテク
タを備えた光学的プローブにおいてソリッド・ステート
の赤色レーザの使用を示すものである。既知の波長の単
色光を発射することによりフィルタの必要を排除するレ
ーザは有効であるが、これらのレーザは高価であり扱い
にくいものである。
【０００６】Ｓｈａｗ等の米国特許第３，８４７，４８
３号は、必要な単色光を生じるための発光ダイオードの
使用について開示している。このＳｈａｗのプローブは
、高価な光ファイバ・ケーブルを必要とするものであっ
た。
３号は、必要な単色光を生じるための発光ダイオードの
使用について開示している。このＳｈａｗのプローブは
、高価な光ファイバ・ケーブルを必要とするものであっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の装置におけ
る１つの問題は、これらの装置のコストが容易に使捨て
にするには高過ぎることである。従来技術の光学的プロ
ーブは、多少ともその各酸素濃度計の恒久的な一部をな
すものであるが、その内部の光源の波長の一回の測定結
果を受けるべきものであり、酸素濃度計は既知の波長の
光を処理するようにプログラムされあるいは調整される
ものであった。
る１つの問題は、これらの装置のコストが容易に使捨て
にするには高過ぎることである。従来技術の光学的プロ
ーブは、多少ともその各酸素濃度計の恒久的な一部をな
すものであるが、その内部の光源の波長の一回の測定結
果を受けるべきものであり、酸素濃度計は既知の波長の
光を処理するようにプログラムされあるいは調整される
ものであった。
【０００８】使捨て可能なプローブの開発における１つ
の問題は、新たなプローブ毎に酸素濃度計を再びプログ
ラムしまたは調整しなければならず、あるいはまた波長
の変動の狭い範囲内にプローブを維持するという明らか
に非実用的な作業を行うことを避ける必要があることで
あった。
の問題は、新たなプローブ毎に酸素濃度計を再びプログ
ラムしまたは調整しなければならず、あるいはまた波長
の変動の狭い範囲内にプローブを維持するという明らか
に非実用的な作業を行うことを避ける必要があることで
あった。
【０００９】おそらくは工場に対して酸素濃度計を返還
することを必要とする較正のやり直しは、例えば、プロ
ーブが破損した時には、従来技術の装置の場合でも必要
となり得ることである。あるいはまた、常に同じ波長を
有する光源を提供するのが要求される。特に、発光ダイ
オードは１個毎に波長が変化することが知られている。
することを必要とする較正のやり直しは、例えば、プロ
ーブが破損した時には、従来技術の装置の場合でも必要
となり得ることである。あるいはまた、常に同じ波長を
有する光源を提供するのが要求される。特に、発光ダイ
オードは１個毎に波長が変化することが知られている。
【００１０】他の光学的プローブが、Ｓｈａｗの米国特
許第３，６３８，６４０号、Ｎｅｉｌｓｅｎの同第４，
１６７，３３１号およびＫｏｎｉｓｈｉの同第３，９９
８，５５０号に示されている。
許第３，６３８，６４０号、Ｎｅｉｌｓｅｎの同第４，
１６７，３３１号およびＫｏｎｉｓｈｉの同第３，９９
８，５５０号に示されている。
【００１１】本発明は、少なくとも１つの狭い帯域巾の
発光ダイオードと、少なくとも１つの光電作用センサと
を含む光学的酸素濃度計のプローブを提供するものであ
る。ＬＥＤの測定した波長と対応する既知の抵抗値の抵
抗が選択されて、各プローブ毎に提供される。これら要
素は可撓性に富む固定用媒体上に取付けられる。電気作
用素子からのワイヤは、関連する酸素濃度計に対して前
記プローブを取外し自在に結合するためのコネクタで終
わっている。本文においては、２列の多重導線プラグの
配線もしくは色彩情報を保有する使捨て可能なメモリの
如き他の方法によるコーディングが開示される。
発光ダイオードと、少なくとも１つの光電作用センサと
を含む光学的酸素濃度計のプローブを提供するものであ
る。ＬＥＤの測定した波長と対応する既知の抵抗値の抵
抗が選択されて、各プローブ毎に提供される。これら要
素は可撓性に富む固定用媒体上に取付けられる。電気作
用素子からのワイヤは、関連する酸素濃度計に対して前
記プローブを取外し自在に結合するためのコネクタで終
わっている。本文においては、２列の多重導線プラグの
配線もしくは色彩情報を保有する使捨て可能なメモリの
如き他の方法によるコーディングが開示される。
【００１２】発明の主な目的は、安価であり、交換可能
であり、使用が容易であり、かつ従来技術の短所および
制約を克服する酸素飽和状態の血液流の検出のため人体
の一部に光を指向させるための装置の提供にある。
であり、使用が容易であり、かつ従来技術の短所および
制約を克服する酸素飽和状態の血液流の検出のため人体
の一部に光を指向させるための装置の提供にある。
【００１３】本発明の更に別の目的は、そのある波長の
放射特性が付属の酸素濃度計によって容易に確認可能で
ある光学的プローブの提供にある。
放射特性が付属の酸素濃度計によって容易に確認可能で
ある光学的プローブの提供にある。
【００１４】本発明の他の目的は、このようなプローブ
に使用されるＬＥＤの工場における較正を可能にするこ
とである。一般には、ＬＥＤは１つの共通な波長のロッ
トで購入されるが、その正確な波長特性は未知であり、
１個毎に異なっている。
に使用されるＬＥＤの工場における較正を可能にするこ
とである。一般には、ＬＥＤは１つの共通な波長のロッ
トで購入されるが、その正確な波長特性は未知であり、
１個毎に異なっている。
【００１５】本発明の更に他の目的は、最初の工場にお
ける較正以外に、新しいプローブ毎に酸素濃度計を較正
する必要を排除することにある。
ける較正以外に、新しいプローブ毎に酸素濃度計を較正
する必要を排除することにある。
【００１６】本発明の更に他の目的は、色々な寸法の人
間または動物の付属器官に対して迅速な装着を可能にす
るも、光電作用センサをＬＥＤから直接光学的に隔離状
態に維持するプローブのための可撓性を有する装着装置
の提供にある。
間または動物の付属器官に対して迅速な装着を可能にす
るも、光電作用センサをＬＥＤから直接光学的に隔離状
態に維持するプローブのための可撓性を有する装着装置
の提供にある。
【００１７】本発明の更に他の目的は、プローブの較正
情報を送るため２列の多重導線プラグの配線方法を開示
することにある。
情報を送るため２列の多重導線プラグの配線方法を開示
することにある。
【００１８】
【実施例】図６においては、本発明のパルス型酸素濃度
計が示されている。従来周知のマイクロプロセッサ１１
６は、これから延在するバス１１７を有する。バス１１
７は、これに対し従来周知のＲＯＭ１１８とＲＡＭ１１
９が接続される。ＬＥＤディスプレイ１２０は、１つの
選択ラッチ１２１と１つの数値表示ラッチ１２２を有す
る状態で略示されている。
計が示されている。従来周知のマイクロプロセッサ１１
６は、これから延在するバス１１７を有する。バス１１
７は、これに対し従来周知のＲＯＭ１１８とＲＡＭ１１
９が接続される。ＬＥＤディスプレイ１２０は、１つの
選択ラッチ１２１と１つの数値表示ラッチ１２２を有す
る状態で略示されている。
【００１９】マイクロプロセッサの多少とも従来周知の
部分について記述したが、次に本回路のアナログ部分に
ついて注目されたい。
部分について記述したが、次に本回路のアナログ部分に
ついて注目されたい。
【００２０】患者の指１４は、最初に略示した検出回路
を有するプローブ１０１と共に示されている。赤色の波
長範囲内の第１の発光ダイオード１３２および赤外線の
波長範囲の第２の発光ダイオード１３０は、その各々の
周波数における光を増幅器１３１，１３３によって発光
するように順次パルスされる。一般に、ＬＥＤ１３２は
６６００Ａの波長範囲にあり、ＬＥＤ１３０は９４００
Ａの範囲内にある。
を有するプローブ１０１と共に示されている。赤色の波
長範囲内の第１の発光ダイオード１３２および赤外線の
波長範囲の第２の発光ダイオード１３０は、その各々の
周波数における光を増幅器１３１，１３３によって発光
するように順次パルスされる。一般に、ＬＥＤ１３２は
６６００Ａの波長範囲にあり、ＬＥＤ１３０は９４００
Ａの範囲内にある。
【００２１】活動状態の発光ダイオードからの全ての光
は指１４において肉質に進入することが必要である。従
って、光を透過しないバリア１３６がフォトセンサ１３
８と、指１４を通過せずに発光ダイオード１３０，１３
２に至る経路との間に設置されている。
は指１４において肉質に進入することが必要である。従
って、光を透過しないバリア１３６がフォトセンサ１３
８と、指１４を通過せずに発光ダイオード１３０，１３
２に至る経路との間に設置されている。
【００２２】各発光ダイオードから受取られた信号は最
初に前置増幅器１４０を通過する。この信号は、然る後
増幅器１４１，１４２において並列に増幅される。増幅
される時、この信号は各増幅器から各位相の検出器１４
３，１４４を並列に通過させられる。その後各低域フィ
ルタ１４５，１４６を通る経路が生じる。オフセット増
幅器１４７，１４８における増幅作用がこの時生じる。 脈動成分はマルチプレクサ１５０に対して送られる。
初に前置増幅器１４０を通過する。この信号は、然る後
増幅器１４１，１４２において並列に増幅される。増幅
される時、この信号は各増幅器から各位相の検出器１４
３，１４４を並列に通過させられる。その後各低域フィ
ルタ１４５，１４６を通る経路が生じる。オフセット増
幅器１４７，１４８における増幅作用がこの時生じる。 脈動成分はマルチプレクサ１５０に対して送られる。
【００２３】マルチプレクサ１５０は、コンパレータ１
５２に対する出力を有する。コンパレータ１５２は、１
２ビットのディジタル／アナログ・コンバータ（以下本
文においてはＤＡＣと呼ぶ）１５４により半ステップず
つ傾斜される。ＤＡＣ１５４は４０９６分の１の部分に
分割された比較信号を生じ、バス１１７に対してコンパ
レータが出力する。
５２に対する出力を有する。コンパレータ１５２は、１
２ビットのディジタル／アナログ・コンバータ（以下本
文においてはＤＡＣと呼ぶ）１５４により半ステップず
つ傾斜される。ＤＡＣ１５４は４０９６分の１の部分に
分割された比較信号を生じ、バス１１７に対してコンパ
レータが出力する。
【００２４】周知のように、全ての人間の指および付属
器官は同じでない。特に、例えダイオード１３０，１３
２の各々における光信号出力の周波数および強さが同じ
でも、人種、皮膚の色素、体重、年令、成熟度その他の
要因間の差は全てフォトセンサ１３８において検出され
る異なる信号を生じ得る。
器官は同じでない。特に、例えダイオード１３０，１３
２の各々における光信号出力の周波数および強さが同じ
でも、人種、皮膚の色素、体重、年令、成熟度その他の
要因間の差は全てフォトセンサ１３８において検出され
る異なる信号を生じ得る。
【００２５】従って、マイクロプロセッサ１１６は、最
適の範囲内でフォトセンサ１３８からの信号を受取るよ
うにプログラムされる。ＤＡＣ１５４の２番目の動作位
相を用い、サンプル保持器１５７に対して信号を送って
、個々のＬＥＤ１３０，１３２は電圧出力１６０，１６
１を与えられる。これらの電圧出力１６０，１６１は、
いずれの場合もフォトセンサ１３８が充分にＤＡＣの範
囲内にある信号を検出するように調整される。
適の範囲内でフォトセンサ１３８からの信号を受取るよ
うにプログラムされる。ＤＡＣ１５４の２番目の動作位
相を用い、サンプル保持器１５７に対して信号を送って
、個々のＬＥＤ１３０，１３２は電圧出力１６０，１６
１を与えられる。これらの電圧出力１６０，１６１は、
いずれの場合もフォトセンサ１３８が充分にＤＡＣの範
囲内にある信号を検出するように調整される。
【００２６】クロック１７０は、少なくとも４分の１の
デューティサイクルで発光ダイオード１３０，１３２か
らの光の順次の出力を制御する。このことは、信号φ１
乃至φ４により示されている。検出器１４３における信
号の受取りは期間φ１およびφ２の間に生じ、検出器１
４４における信号の受取りは期間φ３およびφ４の間で
生じる。
デューティサイクルで発光ダイオード１３０，１３２か
らの光の順次の出力を制御する。このことは、信号φ１
乃至φ４により示されている。検出器１４３における信
号の受取りは期間φ１およびφ２の間に生じ、検出器１
４４における信号の受取りは期間φ３およびφ４の間で
生じる。
【００２７】各期間φ１，φ３においては、発光ダイオ
ード１３０，１３２からの活動状態の信号が受取られつ
つあることが直ちに判るであろう。φ２およびφ４の間
は、信号は存在せず、ノイズのみが受取られる。以下に
おいて明らかになるように、低域フィルタを通過する前
に負の信号を増幅することにより、ノイズは図示した４
分の１のデューティサイクルを用いて控除することがで
きる。
ード１３０，１３２からの活動状態の信号が受取られつ
つあることが直ちに判るであろう。φ２およびφ４の間
は、信号は存在せず、ノイズのみが受取られる。以下に
おいて明らかになるように、低域フィルタを通過する前
に負の信号を増幅することにより、ノイズは図示した４
分の１のデューティサイクルを用いて控除することがで
きる。
【００２８】本文においては、本願と同じ日付で出願し
、公告された同じ発明者に係る特公平２−２４１３８号
公報「オキシメータ装置」を参考のため引用する。図６
は、本文の記述との混乱を避けるため新たに番号を付し
た前記公告公報の第２図の複写である。同様に、前記公
告公報における発明の要約を以下に記す。
、公告された同じ発明者に係る特公平２−２４１３８号
公報「オキシメータ装置」を参考のため引用する。図６
は、本文の記述との混乱を避けるため新たに番号を付し
た前記公告公報の第２図の複写である。同様に、前記公
告公報における発明の要約を以下に記す。
【００２９】内部の動脈血の脈動成分により変調される
ように、またこれにより酸素の飽和状態、血液の環流お
よび脈搏数を表示させるように、２つの異なる波長の光
を指、耳、鼻中隔膜または頭皮の如き人間もしくは動物
の身体の組織内に通過させる形式のパルス酸素濃度計が
開示される。入射光のレベルは、皮膚の色、肉質の厚さ
その他の変動要因による変動減衰を許容しながら、脈動
成分の最適な検出のため連続的に調整される。負に向う
脈動成分の光の伝達の振幅における大きな勾配の反転部
（波形の最大点を示す）において、血液の流量の波形分
析が行われる。光の伝達の一定成分に対する光の伝達の
脈動成分の商が直接的な計数的追跡によって２つの波形
の各々について測定される。各商はその後ある比率に変
換されるが、この比率はその後独立的に得た酸素飽和量
のカーブに適合させることができる。少なくとも４つの
異なる飽和量における４つの未知数を解くことによる較
正法が開示されている。脈搏数、脈動する流れおよび酸
素飽和量の出力が与えられる。入射光源のデューティサ
イクルは、信号に不可避的に存在するノイズが実質的に
排除されフィルタできるように少なくとも４分の１とな
るように選択される。
ように、またこれにより酸素の飽和状態、血液の環流お
よび脈搏数を表示させるように、２つの異なる波長の光
を指、耳、鼻中隔膜または頭皮の如き人間もしくは動物
の身体の組織内に通過させる形式のパルス酸素濃度計が
開示される。入射光のレベルは、皮膚の色、肉質の厚さ
その他の変動要因による変動減衰を許容しながら、脈動
成分の最適な検出のため連続的に調整される。負に向う
脈動成分の光の伝達の振幅における大きな勾配の反転部
（波形の最大点を示す）において、血液の流量の波形分
析が行われる。光の伝達の一定成分に対する光の伝達の
脈動成分の商が直接的な計数的追跡によって２つの波形
の各々について測定される。各商はその後ある比率に変
換されるが、この比率はその後独立的に得た酸素飽和量
のカーブに適合させることができる。少なくとも４つの
異なる飽和量における４つの未知数を解くことによる較
正法が開示されている。脈搏数、脈動する流れおよび酸
素飽和量の出力が与えられる。入射光源のデューティサ
イクルは、信号に不可避的に存在するノイズが実質的に
排除されフィルタできるように少なくとも４分の１とな
るように選択される。
【００３０】図１においては、光学的プローブ１の部分
斜視図が示される。米国のＡｍｅｒｉｃａｎ Ｖｅｌ
ｃｒｏ社から入手可能な商標「ＶＥＬＣＲＯ」の下に市
販されるものの如き適当な長さの調整可能な自着テープ
５０が提供される。適当な間隔でテープ５０に設けられ
ているのはプローブ１の電気的素子である。光電作用セ
ンサ３０がテープ５０の外側に添付され、テープ５０の
下側から僅かに突出している。センサ３０は、接地ワイ
ヤＧおよびリード・ワイヤ３１を有する。典型的に赤外
線のスペクトル範囲の周波数を発する発光ダイオード１
０は、用いられることが予期される代表的な付属器官の
大きさに基づいて選択されるセンサ３０からのある距離
においてセンサ３０と同様な方法でテープ５０を穿孔し
て取付けられる。ＬＥＤ１０は接地ワイヤＧと接続され
、入力リード・ワイヤ１１を有する。ＬＥＤ１０に対し
接近して配置されるのは、典型的に赤色のスペクトル範
囲内の波長の発光特性を有する第２のＬＥＤ２０である
。 ＬＥＤ２０は接地ワイヤＧに取付けられ、入力リード・
ワイヤ２１を有する。
斜視図が示される。米国のＡｍｅｒｉｃａｎ Ｖｅｌ
ｃｒｏ社から入手可能な商標「ＶＥＬＣＲＯ」の下に市
販されるものの如き適当な長さの調整可能な自着テープ
５０が提供される。適当な間隔でテープ５０に設けられ
ているのはプローブ１の電気的素子である。光電作用セ
ンサ３０がテープ５０の外側に添付され、テープ５０の
下側から僅かに突出している。センサ３０は、接地ワイ
ヤＧおよびリード・ワイヤ３１を有する。典型的に赤外
線のスペクトル範囲の周波数を発する発光ダイオード１
０は、用いられることが予期される代表的な付属器官の
大きさに基づいて選択されるセンサ３０からのある距離
においてセンサ３０と同様な方法でテープ５０を穿孔し
て取付けられる。ＬＥＤ１０は接地ワイヤＧと接続され
、入力リード・ワイヤ１１を有する。ＬＥＤ１０に対し
接近して配置されるのは、典型的に赤色のスペクトル範
囲内の波長の発光特性を有する第２のＬＥＤ２０である
。 ＬＥＤ２０は接地ワイヤＧに取付けられ、入力リード・
ワイヤ２１を有する。
【００３１】抵抗４０は、センサ３０とＬＥＤ１０の間
でテープ５０に対して取付けた状態で示されている。し
かし、抵抗４０の物理的位置は重要ではなく、プローブ
１に対し他のどんな便利な位置に取付けることもできる
。抵抗４０は入力リード・ワイヤ４１を有し、接地ワイ
ヤＧと接続されている。ワイヤＧ，１１，２１，３１，
４１は、プローブ１が酸素濃度計６０（図４に略示され
る）から容易に切離すことができるようにコネクタ５２
まで至る。
でテープ５０に対して取付けた状態で示されている。し
かし、抵抗４０の物理的位置は重要ではなく、プローブ
１に対し他のどんな便利な位置に取付けることもできる
。抵抗４０は入力リード・ワイヤ４１を有し、接地ワイ
ヤＧと接続されている。ワイヤＧ，１１，２１，３１，
４１は、プローブ１が酸素濃度計６０（図４に略示され
る）から容易に切離すことができるようにコネクタ５２
まで至る。
【００３２】図１に示されるプローブ１は、光を単一の
センサ３０に対し順次伝達する２つのＬＥＤ１０，２０
と関連して作動するように構成された酸素濃度計６０と
関連して使用するように構成されている。なお、本発明
の機構は、１つのＬＥＤと１つまたは複数のフォトセン
サとを必要とする酸素濃度計にも同様に充分適用するこ
とができる。
センサ３０に対し順次伝達する２つのＬＥＤ１０，２０
と関連して作動するように構成された酸素濃度計６０と
関連して使用するように構成されている。なお、本発明
の機構は、１つのＬＥＤと１つまたは複数のフォトセン
サとを必要とする酸素濃度計にも同様に充分適用するこ
とができる。
【００３３】図２は、人間の患者の典型的な指５１を示
す端面図ある。指５１は、自着テープ５０の端部と重合
することによりその先端においてプローブ１により囲繞
されている。ＬＥＤ１０，２０から発光された光は指５
１の肉質部に侵入し、拡散および散乱を生じる。センサ
３０は、指５１の肉質内で拡散された光のみを拾う。
す端面図ある。指５１は、自着テープ５０の端部と重合
することによりその先端においてプローブ１により囲繞
されている。ＬＥＤ１０，２０から発光された光は指５
１の肉質部に侵入し、拡散および散乱を生じる。センサ
３０は、指５１の肉質内で拡散された光のみを拾う。
【００３４】図３はセンサ３０の詳細な側面図で、ＬＥ
Ｄ１０，２０により発光された光が最初指５１を通過す
ることなくセンサ３０により受取られないことを保証す
る方法を示している。センサ要素３２は、センサのハウ
ジングの金属製の円筒状壁面３３内にやや引込んでいる
。テープ５０が指５１の皮膚に対し直接センサ３０に押
当るため、指５１の肉質を透過する以外にセンサ要素３
２に対して光が透過しないことが容易に判るであろう。
Ｄ１０，２０により発光された光が最初指５１を通過す
ることなくセンサ３０により受取られないことを保証す
る方法を示している。センサ要素３２は、センサのハウ
ジングの金属製の円筒状壁面３３内にやや引込んでいる
。テープ５０が指５１の皮膚に対し直接センサ３０に押
当るため、指５１の肉質を透過する以外にセンサ要素３
２に対して光が透過しないことが容易に判るであろう。
【００３５】プローブ１は下記の如く構成されている。
即ち、ＬＥＤ１０，２０は、一般に公知の波長特性を有
するＬＥＤのロットから選択される。この特定の選択さ
れたＬＥＤ１０，２０の正確な波長特性は、この時入手
が容易な測定装置を用いて確定される。次に、抵抗４０
は、ＬＥＤの入手可能な支給品において経験することを
予期し得るあらゆる可能性のある波長の組合せについて
その抵抗値がこの目的のため工場の技術者が入手可能な
表により正確に規定された抵抗値を有するように選択さ
れる。以下の表は、各々が２つの波長を有する可能性し
かない場合におけるＬＥＤ１０，２０の仮説的な組合せ
に関して選択される方法の一例である。即ち、
するＬＥＤのロットから選択される。この特定の選択さ
れたＬＥＤ１０，２０の正確な波長特性は、この時入手
が容易な測定装置を用いて確定される。次に、抵抗４０
は、ＬＥＤの入手可能な支給品において経験することを
予期し得るあらゆる可能性のある波長の組合せについて
その抵抗値がこの目的のため工場の技術者が入手可能な
表により正確に規定された抵抗値を有するように選択さ
れる。以下の表は、各々が２つの波長を有する可能性し
かない場合におけるＬＥＤ１０，２０の仮説的な組合せ
に関して選択される方法の一例である。即ち、
【００３
６】
６】
【表１】
【００３７】典型的なプローブは、波長が９４０ナノｍ
の赤外線ＬＥＤ１０と、波長が６６０ナノｍの赤色ＬＥ
Ｄ２０を含む。上記の表によれば、このような波長特性
を有するプローブは、工場において１つの、唯１つの抵
抗値、この場合は１５０Ωの抵抗４０が支給されること
になる。
の赤外線ＬＥＤ１０と、波長が６６０ナノｍの赤色ＬＥ
Ｄ２０を含む。上記の表によれば、このような波長特性
を有するプローブは、工場において１つの、唯１つの抵
抗値、この場合は１５０Ωの抵抗４０が支給されること
になる。
【００３８】プローブ１に内蔵されるこのような一義的
な既知の抵抗値である値は図４を照合すれば示されてい
る。酸素濃度計６０は、マイクロプロセッサ６１、読出
し専用メモリ６２およびランダム・アクセス・メモリ６
３を有する。表１（工場においてプローブ１の較正のた
め使用される同じ表）は、その大きさの如何を問わず、
酸素濃度計６０が製造された時点においてＲＯＭ６２に
容易にプログラムすることができる。電流源６９からの
電流Ｉは抵抗４０に送られる。その結果の電圧（オーム
の法則により）はマルチプレクサ６６を経、コンパレー
タ６５を通ってマイクロプロセッサ６１に至る。
な既知の抵抗値である値は図４を照合すれば示されてい
る。酸素濃度計６０は、マイクロプロセッサ６１、読出
し専用メモリ６２およびランダム・アクセス・メモリ６
３を有する。表１（工場においてプローブ１の較正のた
め使用される同じ表）は、その大きさの如何を問わず、
酸素濃度計６０が製造された時点においてＲＯＭ６２に
容易にプログラムすることができる。電流源６９からの
電流Ｉは抵抗４０に送られる。その結果の電圧（オーム
の法則により）はマルチプレクサ６６を経、コンパレー
タ６５を通ってマイクロプロセッサ６１に至る。
【００３９】マイクロプロセッサ６１は、抵抗４０の抵
抗値を計算し、次いで表１からＲＯＭ６２におけるＬＥ
Ｄ１０，２０の波長を見出すようにプログラムすること
ができる。マイクロプロセッサ６１はまた、一旦発光ダ
イオード１０，２０の波長が判れば、酸素濃度計６０の
光学的比較回路を自から再較正を行なうようにもプログ
ラムされている。これによって、新しいプローブ１毎に
手動により酸素濃度計６０を再び較正する必要がなく、
あるいはまた発光ダイオード１０，２０が正確に標準化
された波長を有することを必要としない。
抗値を計算し、次いで表１からＲＯＭ６２におけるＬＥ
Ｄ１０，２０の波長を見出すようにプログラムすること
ができる。マイクロプロセッサ６１はまた、一旦発光ダ
イオード１０，２０の波長が判れば、酸素濃度計６０の
光学的比較回路を自から再較正を行なうようにもプログ
ラムされている。これによって、新しいプローブ１毎に
手動により酸素濃度計６０を再び較正する必要がなく、
あるいはまた発光ダイオード１０，２０が正確に標準化
された波長を有することを必要としない。
【００４０】図４に示された回路の特定の機能および構
成については、その機能の一般的な記述と共に照合すれ
ば明瞭となろう。マイクロプロセッサおよび読出し専用
メモリの機能については公知であり、抵抗４０の抵抗値
の計算を行なうためマイクロプロセッサ６１を構成して
プログラムし、これにより読出し専用メモリ６２におけ
る簡単な索引表から発光ダイオード１０，２０の波長を
得ることは充分に当業者の能力の範囲内にあることであ
る。
成については、その機能の一般的な記述と共に照合すれ
ば明瞭となろう。マイクロプロセッサおよび読出し専用
メモリの機能については公知であり、抵抗４０の抵抗値
の計算を行なうためマイクロプロセッサ６１を構成して
プログラムし、これにより読出し専用メモリ６２におけ
る簡単な索引表から発光ダイオード１０，２０の波長を
得ることは充分に当業者の能力の範囲内にあることであ
る。
【００４１】プローブ１はいくつかの従来技術の酸素濃
度計と共に使用することができ、その作動方法について
は充分に理解されており、本発明の教示範囲には含まれ
ない。基本的には、個々の心臓の脈搏毎に新しい血液が
指５１の毛細血管内に圧送され、これにより光電作用セ
ンサ３０により観察される反射光の強さの周期的な強弱
を生じる。脈動血におけるヘモグロビンの酸素飽和量Ｓ
［酸化ヘモグロビンの量をＳとすれば還元ヘモグロビン
の量は（１−Ｓ）。］は、酸素濃度計６０によって確定
することができる。既知の波長に対しては、公知の明瞭
な吸光係数Ｂがある。このＢが与えられ、光電作用セン
サ３０により受取られた拡散光の強さを測定すれば、酸
素飽和量を計算して表示することができる。実際に、表
１の種々の波長の係数Ｂは、表がＲＯＭ６２にプログラ
ムされる時直接波長の代わりにすることができ、これに
より計算手順が不要になるのである。
度計と共に使用することができ、その作動方法について
は充分に理解されており、本発明の教示範囲には含まれ
ない。基本的には、個々の心臓の脈搏毎に新しい血液が
指５１の毛細血管内に圧送され、これにより光電作用セ
ンサ３０により観察される反射光の強さの周期的な強弱
を生じる。脈動血におけるヘモグロビンの酸素飽和量Ｓ
［酸化ヘモグロビンの量をＳとすれば還元ヘモグロビン
の量は（１−Ｓ）。］は、酸素濃度計６０によって確定
することができる。既知の波長に対しては、公知の明瞭
な吸光係数Ｂがある。このＢが与えられ、光電作用セン
サ３０により受取られた拡散光の強さを測定すれば、酸
素飽和量を計算して表示することができる。実際に、表
１の種々の波長の係数Ｂは、表がＲＯＭ６２にプログラ
ムされる時直接波長の代わりにすることができ、これに
より計算手順が不要になるのである。
【００４２】ＬＥＤの制御回路６７を介して、マイクロ
プロセッサ６１は発光ダイオード１０，２０を作動させ
る。発光ダイオード１０，２０からの光は光電作用セン
サ３０において電流を生じ、この電流は増幅およびフィ
ルタ回路６８を経てマルチプレクサ６６に至る。コンパ
レータ６５は、ディジタル／アナログ・コンバータ７０
と共に、マイクロプロセッサ６１が酸素の飽和量および
（または）脈搏数を確定することを可能にする。結果は
ディスプレイ６４上に示される。
プロセッサ６１は発光ダイオード１０，２０を作動させ
る。発光ダイオード１０，２０からの光は光電作用セン
サ３０において電流を生じ、この電流は増幅およびフィ
ルタ回路６８を経てマルチプレクサ６６に至る。コンパ
レータ６５は、ディジタル／アナログ・コンバータ７０
と共に、マイクロプロセッサ６１が酸素の飽和量および
（または）脈搏数を確定することを可能にする。結果は
ディスプレイ６４上に示される。
【００４３】図５においては、本発明のプローブの別の
コーディングの方法が示されている。特に、コネクタ５
２と類似の８ビットのコネクタ５２が発光ダイオード１
３０、発光ダイオード１３２およびフォトデテクタ１３
８とそれぞれ連絡する各コネクタ２０１，２０２，２０
３を含む状態で示されている。導線２０４は接地接続部
を提供している。
コーディングの方法が示されている。特に、コネクタ５
２と類似の８ビットのコネクタ５２が発光ダイオード１
３０、発光ダイオード１３２およびフォトデテクタ１３
８とそれぞれ連絡する各コネクタ２０１，２０２，２０
３を含む状態で示されている。導線２０４は接地接続部
を提供している。
【００４４】８ビットのコネクタは４つの空のチャネル
を有することが判るであろう。これらのチャネルは、プ
ローブの符号化された値を送信するために設けることが
できる。
を有することが判るであろう。これらのチャネルは、プ
ローブの符号化された値を送信するために設けることが
できる。
【００４５】例えば、共通の電位が与えられた時コネク
タは正の２進数値を提供し、またどんな電位とも独立状
態である場合には負の値を生じるものと仮定しよう。こ
のため、図５に示されるように、プラグ５２の４つのコ
ネクタは２進数値１１００を送信する。このように、接
続されたプローブの抵抗値の通信は、１６分の１の値に
コネクタを符号化することにより可能となろう。
タは正の２進数値を提供し、またどんな電位とも独立状
態である場合には負の値を生じるものと仮定しよう。こ
のため、図５に示されるように、プラグ５２の４つのコ
ネクタは２進数値１１００を送信する。このように、接
続されたプローブの抵抗値の通信は、１６分の１の値に
コネクタを符号化することにより可能となろう。
【００４６】当業者ならば、他の２進結合が同様に可能
であることが明らかであろう。例えば、プローブ上のコ
ネクタ数を拡張することにより更に大きな拡張が可能と
なる。
であることが明らかであろう。例えば、プローブ上のコ
ネクタ数を拡張することにより更に大きな拡張が可能と
なる。
【００４７】当業者は、人間の肉質における光の可変透
過量を決定する際、肉質が実質的に単色の光源により集
積される周波数が重要であることが判るであろう。もし
この周波数が変化するならば、計器に得られる結果はこ
のような変動のため不正確なものとなるおそれがある。 簡単に述べれば、スペクトル周波数における異なる点に
おいては、飽和状態のヘモグロビンと還元されたヘモグ
ロビンは異なる光の量を伝送するのである。
過量を決定する際、肉質が実質的に単色の光源により集
積される周波数が重要であることが判るであろう。もし
この周波数が変化するならば、計器に得られる結果はこ
のような変動のため不正確なものとなるおそれがある。 簡単に述べれば、スペクトル周波数における異なる点に
おいては、飽和状態のヘモグロビンと還元されたヘモグ
ロビンは異なる光の量を伝送するのである。
【００４８】市販される発光ダイオードは、個々にその
スペクトル周波数特性に変動がある。従って、もしこの
ような市販のダイオードを計器の交換可能なプローブと
して使用しようとするならば、計器のプローブを個々に
較正することが必要であることが判った。このように、
有効に使捨て可能なプローブは、プローブ毎に異なる周
波数における累計に影響を及ぼす場合でさえ容易に使用
することができるのである。
スペクトル周波数特性に変動がある。従って、もしこの
ような市販のダイオードを計器の交換可能なプローブと
して使用しようとするならば、計器のプローブを個々に
較正することが必要であることが判った。このように、
有効に使捨て可能なプローブは、プローブ毎に異なる周
波数における累計に影響を及ぼす場合でさえ容易に使用
することができるのである。
【００４９】本例における計器の使捨て可能なプローブ
の較正について特にいくつかのコメントを行うことがで
きる。実際の事柄として、人間の血液は、赤色光および
赤外線を用いた光の透過により皮膚を介して問診される
。赤外線における定数の変化率は比較的平坦である。 従って、赤外線ダイオードの周波数における変動はほと
んど影響しないのである。
の較正について特にいくつかのコメントを行うことがで
きる。実際の事柄として、人間の血液は、赤色光および
赤外線を用いた光の透過により皮膚を介して問診される
。赤外線における定数の変化率は比較的平坦である。 従って、赤外線ダイオードの周波数における変動はほと
んど影響しないのである。
【００５０】赤色の周波数範囲においてはそうではない
。酸素の飽和状態および不飽和状態のヘモグロビンにお
ける光の減衰状態は赤色範囲においては迅速に変化する
勾配を有することが判った。この場合、赤色範囲に示さ
れる特定の計器における較正と特に関係がある。
。酸素の飽和状態および不飽和状態のヘモグロビンにお
ける光の減衰状態は赤色範囲においては迅速に変化する
勾配を有することが判った。この場合、赤色範囲に示さ
れる特定の計器における較正と特に関係がある。
【００５１】当業者は、計器の較正の変更が生じる多く
の場合があることが判るであろう。特に、種々のグルー
プに分けられた関係に対して個々の索引表を形成するこ
とができる。あるいはまた、更に生産性の面から見れば
、光の伝達の飽和レベルＳと商Ｒの比率との間のカーブ
の定数に対する別の増分を決定することができる。
の場合があることが判るであろう。特に、種々のグルー
プに分けられた関係に対して個々の索引表を形成するこ
とができる。あるいはまた、更に生産性の面から見れば
、光の伝達の飽和レベルＳと商Ｒの比率との間のカーブ
の定数に対する別の増分を決定することができる。
【００５２】本文のこれまでの本発明の記述は理解を進
める目的のため例示としてやや詳細に記述したが、頭書
の特許請求の範囲によってのみ限定されるべき本発明の
主旨の範囲内のいくつかの変更および修正およびその相
当例に対するものである。例えば、各々が個々のＬＥＤ
の波長に対して符号化された２つの抵抗を１つの代りに
用いることができる。抵抗の代りに他の構成要素、例え
ばコンデンサ等を使用することもできる。従って、本文
の記述および図面の表示は、頭書の特許請求の範囲によ
り規定される本発明の範囲の限定として解釈されるべき
ものではない。
める目的のため例示としてやや詳細に記述したが、頭書
の特許請求の範囲によってのみ限定されるべき本発明の
主旨の範囲内のいくつかの変更および修正およびその相
当例に対するものである。例えば、各々が個々のＬＥＤ
の波長に対して符号化された２つの抵抗を１つの代りに
用いることができる。抵抗の代りに他の構成要素、例え
ばコンデンサ等を使用することもできる。従って、本文
の記述および図面の表示は、頭書の特許請求の範囲によ
り規定される本発明の範囲の限定として解釈されるべき
ものではない。
【図１】本発明の望ましい実施態様の光学的プローブを
示す部分斜視図である。
示す部分斜視図である。
【図２】本発明のプローブの設置状態を示す患者の指端
部を示す図である。
部を示す図である。
【図３】プローブの光電作用センサを示す側面図である
。
。
【図４】コード化された抵抗の使用によりプローブの波
長値を酸素濃度計のマイクロプロセッサが復号する方法
を示す簡単な回路図である。
長値を酸素濃度計のマイクロプロセッサが復号する方法
を示す簡単な回路図である。
【図５】２列に配線された多重導線プラグにより較正さ
れる本発明のプローブを示す図である。
れる本発明のプローブを示す図である。
【図６】本発明の較正されたプローブを使用する酸素濃
度計を示す回路図である。
度計を示す回路図である。
１０，２０ 発光ダイオード １１，２１
入力リード・ワイヤ １４ 指
３０ 光電作用センサ ３１ リード・ワイヤ ３２
センサ要素３３ 円筒状壁面
４０ 抵抗４１ 入力リード・ワイ
ヤ ５０ 自着テープ５１ 指
５２
コネクタ６０ 酸素濃度計
６１ マイクロプロセッサ ６２ 読出し専用メモリ ６３
ランダム・アクセス・メモリ ６４ ディスプレイ ６
５ コンパレータ６６ マルチプレクサ
６８ 増幅兼フィルタ回路 ６９ 電流源 ７０ ディジタル／アナログ・コンバータ１０１
プローブ １１６
マイクロプロセッサ １１７ バス
１１８ ＲＯＭ１１９ ＲＡＭ
１２０ ＬＥＤディスプレイ １２１ 選択ラッチ １
２２ 数値表示ラッチ １２３ ラッチ
１２４ ゲート１３０ 発光ダイオード
１３１ 増幅器１３２ 発光ダイオー
ド １３３ 増幅器１３６ バ
リヤ １３８
フォトセンサ １４０ 前置増幅器 １
４１，１４２ 増幅器 １４３，１４４ 検出器 １４５
，１４６ 低域フィルタ １４７，１４８ オフセット増幅器 １５０ マルチプレクサ １５２
コンパレータ １５４ ディジタル／アナログ・コンバータ１５７
サンプル保持器 １６０ 電圧
出力１６１ 電圧出力
１７０ クロック２０１〜２０４ コネクタ
入力リード・ワイヤ １４ 指
３０ 光電作用センサ ３１ リード・ワイヤ ３２
センサ要素３３ 円筒状壁面
４０ 抵抗４１ 入力リード・ワイ
ヤ ５０ 自着テープ５１ 指
５２
コネクタ６０ 酸素濃度計
６１ マイクロプロセッサ ６２ 読出し専用メモリ ６３
ランダム・アクセス・メモリ ６４ ディスプレイ ６
５ コンパレータ６６ マルチプレクサ
６８ 増幅兼フィルタ回路 ６９ 電流源 ７０ ディジタル／アナログ・コンバータ１０１
プローブ １１６
マイクロプロセッサ １１７ バス
１１８ ＲＯＭ１１９ ＲＡＭ
１２０ ＬＥＤディスプレイ １２１ 選択ラッチ １
２２ 数値表示ラッチ １２３ ラッチ
１２４ ゲート１３０ 発光ダイオード
１３１ 増幅器１３２ 発光ダイオー
ド １３３ 増幅器１３６ バ
リヤ １３８
フォトセンサ １４０ 前置増幅器 １
４１，１４２ 増幅器 １４３，１４４ 検出器 １４５
，１４６ 低域フィルタ １４７，１４８ オフセット増幅器 １５０ マルチプレクサ １５２
コンパレータ １５４ ディジタル／アナログ・コンバータ１５７
サンプル保持器 １６０ 電圧
出力１６１ 電圧出力
１７０ クロック２０１〜２０４ コネクタ
Claims (4)
- 【請求項１】 第１の既知の波長の光を発光する第１
の発光装置と、前記第１の発光装置によって発光される
光を検出すると共に検出された光を表す信号を生成する
装置と、酸素濃度計にプローブを取り外し可能に配線す
ると共に前記検出された光を表す信号を含みプローブと
酸素濃度計との間の通信を与える装置と、そして前記第
１の発光装置の既知の波長の値を指示する酸素濃度計に
第１のエンコーディングされた信号を与えるエンコーデ
ィング装置とを有するプローブに使用するための酸素濃
度計において、酸素飽和度を決定するために適当な係数
を使用して、検出された光を表す前記信号を操作する処
理装置と、そして第１の発光装置の既知の波長に基づい
て前記適当な係数を選択するための前記第１のエンコー
ディングされた信号に応答するデコーディング装置とか
らなることを特徴とする酸素濃度計。 - 【請求項２】 第２の既知の波長の光を発光する第２
の発光装置と、前記第２の発光装置により発光される光
もまた検出する前期光検出装置と、第２の発光装置によ
り発光される既知の波長の光を指示する酸素濃度計に第
２のエンコーディングされた信号を与える装置とから更
に構成される前記エンコーディング装置とを更に有する
プローブに使用するための酸素濃度計であって、前記デ
コーディング装置が、前記第２の発光装置の既知の波長
に基づいて係数を選択するために前記第２のエンコーデ
ィングされた信号に更に応答する請求項１記載の酸素濃
度計。 - 【請求項３】 前記デコーディング装置は、プログラ
ムされたマイクロプロセッサからなる請求項１記載の酸
素濃度計。 - 【請求項４】 前記エンコーディング装置において更
にインピーダンス要素に電流を流す装置からなり、前記
エンコーディングされた信号は、前記インピーダンス要
素に前記電流を流すことにより発生する電圧信号である
請求項１記載の酸素濃度計。
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|---|---|---|---|
| US41417682A | 1982-09-02 | 1982-09-02 | |
| US414176 | 1982-09-02 |
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|---|---|
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| JPH0547208B2 JPH0547208B2 (ja) | 1993-07-16 |
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|---|---|---|---|
| JP58161784A Granted JPS5964031A (ja) | 1982-09-02 | 1983-09-02 | 較正可能な光学的酸素濃度計のプロ−ブ |
| JP3089245A Granted JPH04250140A (ja) | 1982-09-02 | 1991-03-29 | 酸素濃度計 |
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|---|---|---|---|
| JP58161784A Granted JPS5964031A (ja) | 1982-09-02 | 1983-09-02 | 較正可能な光学的酸素濃度計のプロ−ブ |
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