JPH10509352A - 低ノイズ光学プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 手の指、足の指、額、耳たぶ、又は唇等の容易に圧縮可能な物質に対して行われる測定におけるノイズを低減するために特に適した、測定のための光学プローブである。該プローブは基板を含み、該基板はチャンバに通じる開口部を有する。該基板は該物質の一部に隣接して配置され、該チャンバは該物質の容易に圧縮可能な任意の部分に直に接して配置される。光検出器はチャンバ内に設置され、該物質には接触しない。発光ダイオード（ＬＥＤ）は該光検出器の対向側のチャンバの上で、該物質に固定される。開口部によって支持され且つチャンバ上に載せられた若しくはチャンバ内に貫入された該物質は、該物質が動いたときでも該物質のこの部分に接触するものがないので、圧縮から守られる。従って、ＬＥＤからの光は該物質が動作中でも、該物質の安定部分を通る、即ち光が通過する光路長が安定する。これによって光検出器によって測定された信号におけるノイズが低減される。拡散媒体はＬＥＤと該物質との間、該物質と光検出器との間、又はＬＥＤと該物質との間と同様、該物質と光検出器との間にも設置される。該拡散媒体は受信された光学信号の信号対ノイズ比を改善するために使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 低ノイズ光学プローブ 発明の背景 発明の分野 本発明は、エネルギーの感知に関する。更に詳細には、本発明は改良された感 知メカニズムによって信号のノイズを低減することに関する。関連技術の説明 エネルギーはしばしば媒体の特性を決定するために該媒体を通して透過された り又は該媒体から反射されたりする。例えば、医学分野では検査のために患者の 体から物質を摘出する代わりに、光又は音のエネルギーをその患者の体に入射さ せ、伝達された（又は反射された）エネルギーが測定されて該光が通過した該物 質についての情報を決定する。このタイプの非侵入測定は患者にとってより快適 であり、より素早く行うことができる。 身体機能を非侵入に生理学にモニターすることががしばしば必要である。例え ば、手術中、血圧及び身体の有効な酸素供給、即ち血液酸素飽和量、がしばしば モニターされる。このような測定は、身体の一部、例えば手の指等の指又は耳た ぶ、又は額を介した透過光（又は反射光）の入射率を測定して評価を行う非侵入 技術を使用してしばしば行われる。 光学エネルギーの透過は、これが身体を通過する時、その光が通過する物体の 厚み、即ち光路長に大きく左右される。患者の身体の大部分は一般に柔らかくて 圧縮可能である。例えば、手の指は皮膚、筋肉、組織、骨、血液等を含む。骨は 比較的圧縮不可能であるが、組織や筋肉等はその指が動く時にしばしば起こるよ うに、指に加えられた圧力によって簡単に圧縮可能である。従って、光学エネル ギーが指に入射されてその患者がその指を歪めたり又は圧縮するような方法で動 けば、その光路長は変化する。一般に患者は不規則に動くので、その指の圧縮は 不規則である。これは光路長を不規則に変化させ、その吸収を不規則にし、その 結果、測定信号を解釈することが困難になる。 多くのタイプの非侵入モニター装置は、エネルギーが媒体、例えば手の指や身 体の他の部分等を透過した時に明確且つ認識可能な信号を生成しようとして改良 されてきた。一般的な光学プローブにおいては、発光ダイオード（ＬＥＤ）がそ の媒体の片側に配置され、光検出器が該媒体の対向サイドに配置される。従来の 多くの光学プローブは、先にも述べたように、動作によって誘導されたノイズ（ 以下「動作誘導ノイズ」）は測定信号を大きく歪めるので、患者が比較的動かな い状態でのみ使用されるように設計されている。一般に、プローブはＬＥＤと媒 体との間、及び光検出器と該媒体との間の接触を最大にし、ＬＥＤ、媒体、及び 光検出器の間の強力な光結合を促進することによって、強力な出力信号強度を発 生させる。このようにして、患者が一般に動かない時に該媒体を介して強力且つ 明確な信号が透過される。 例えば、ジャエブ（Jaeb）らの米国特許番号第４，８８０，３０４号は、中央 突出部を含む平らな底面を有するハウジングを含むパルス酸素計、又は血液酸素 飽和量モニターのための光学プローブについて開示しており、この中央突出部に は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）及び一つの光学検出器が取り付けられている 。該プローブが患者の組織の上にのせられると、この突出部分はＬＥＤ及び該検 出器を該組織に押圧させ、その皮膚への該センサの光結合を改善させる。他の実 施の形態（ジャエブの特許における図４ａ及び図４ｂ）において、ＬＥＤ及び検 出器は中央チャンバ内で、該プローブが配置される組織に関して一般に水平に設 置されている。ミラー及びプリズムのセットによって、光はＬＥＤからチャンバ 内のポリマーシール材を介して組織に向けられ、該シール材は該組織と接触して 該組織と良好な光結合を行う。 タン（Tan）らの米国特許番号第４，８２５，８７９号は、垂直な軸及び水平 なクロスバーを有するＴ型ラップを使用して光源及び光学センサを指に光学接触 させるよう固定する、光学プローブについて開示している。光源は垂直軸の片側 のウィンドウに配置され、センサは該垂直軸の対向サイドのウィンドウに配置さ れる。指はこの軸に揃えられ、この軸は光源及びセンサが該指を挟んで反対側に 置かれるように、折り曲げられる。次に、クロスバーが指の周りにラップされて 該ラップを固定し、これによって光源及びセンサを該指に接触させたまま良好な 光結合を生成させる。 ジョブシス（Jobsis）らの米国特許番号第４，３８０，２４０号は、光源及び 光検出器が微妙に変形可能な取り付け構造内のチャネル内に組み込まれた光学プ ローブについて開示しており、この取り付け構造はひもに接着されている。環状 の粘着テープが光源及び検出器の上に配置される。光源及び検出器は、ひもを身 体の一部のまわりに閉めた圧力及び粘着テープによって身体の表面にしっかり固 定される。他の実施の形態は、身体を光源及び検出器に吸い着けさせる加圧シー ル及びポンプメカニズムを提供する。 リッチ（Rich）らの米国特許番号第４，８６５，０３８号は、柔軟な非常に薄 い断面を有する光学プローブを開示している。ダイＬＥＤ及びダイ光検出器はフ レキシブルなプリント回路ボードの上に配置され、エポキシビードによってカプ セルに入れられている。ＬＥＤ及び光検出器に揃えて配置された環状の開口部を 有するスペーサが、さらされた回路ボードの上に配置される。透明なトップカバ ーが該スペーサの上にかぶせられ、該回路ボードの下に配置されたボトムカバー でシールされて、これによって該プローブを汚染物質から密閉する。装置を強化 するために背（spine）が加えられてもよい。装置の柔軟性によって、該装置を 身体に締め付けることが可能になり、ＬＥＤ及び光検出器の上のエポキシビード をスペーサの開口部から突出させて身体との良好な光学接触が行われるようにト ップカバーに押圧させる。 マス（Muz）らの米国特許番号第４，９０７，５９４号は、連続壁ゴム被覆が 手の指にはめられる光学プローブについて開示している。２つの壁の間に加圧さ れたチャンバが形成されるようにポンプが指先に配置され、これによってＬＥＤ 及び光検出器が内側壁内に配置されて指と接触する。 上記の光学プローブのそれぞれは、ＬＥＤ、患者、及びプローブの間を最大限 に接触させることによって光検出器で強力な測定信号を発生させるように設計さ れている。しかしこの最大限の接触によって、患者が動く時に患者の身体の圧縮 可能部分が、該患者の身体のこれらの部分を圧縮する表面に接触することになる 。これは、光学エネルギーが通過する物質の厚みに大きな変化、即ち光路長にお ける変化及び動いている間に静脈血が動くことによって拡散が起こることによる 変化を生じさせ得る。光路長の変化は、所望の情報を決定することを困難又は不 可能にする程の歪みを測定信号において生成し得る。従って、信号を測定する間 の動作誘導ノイズ、即ち動作アーチファクトを抑止する一方、検出器によって測 定されるのに充分な強度の透過信号又は反射信号を生成するプローブが必要にな る。 発明の概要 本発明は侵入及び非侵入エネルギー吸収（又は反射）測定の両方で使用するた めのプローブに関する。基板は、測定が行われる物質、例えば手の指、耳たぶ、 額、つま先、器官、又は組織の一部等に一般に対応した形で形成される。基板は 前端部、後端部、頂部及び底部を含む。開口部が基板の頂部に形成される。該開 口部がチャンバへの入口になる。光検出器のような検出器が該チャンバ内の、一 般にチャンバの底部に取り付けられる。測定が行われる物質は、該物質の圧縮可 能な任意の部分が該チャンバに直接隣接するように該基板の上に配置される。次 に該物質の圧縮可能部分は該チャンバ内の上に載せられる又は該チャンバ内に入 れられる。該チャンバは、チャンバ内に挿入された任意の物質が圧縮を起こすも のに接触しないように充分な深さを有する。 ＬＥＤのような光源は、光検出器の対向サイドで該物質に固定される。ＬＥＤ は光エネルギーを発光し、該光エネルギーは光路長に沿って又は光が伝搬する物 質の厚みに沿って該物質内を伝搬して該物質に吸収される。減衰した光エネルギ ー信号が該物質から出てきてチャンバ内に入る。光は該物質内を伝搬するときに 該物質によって拡散され、広範囲の角度に渡ってチャンバ内に透過される。光検 出器は、該物質によって透過された信号の強度を示す電気信号を生成する。この 電気信号はプロセッサに入力され、該プロセッサはこの信号を分析して光エネル ギーが透過した媒体についての情報を決定する。 本発明のプローブは開口部及びチャンバを有し、これらによって光エネルギー が通過する物質の容易に圧縮可能な部分をチャンバ内に落ち着かせて圧縮されな いようにすることが可能になる。これにより、光源と検出器との間の光学パスの 障害が少なくなる。ＬＥＤは一般にチャンバ及び光検出器に揃えられるので、光 エネルギー信号はチャンバの上に載せられた又は該チャンバ内に収容された該物 質の該部分の中を伝搬する。チャンバ内では光エネルギーが通過する物質に物理 的に接触して圧縮を生じるものが何もないので、該チャンバによって該物質の圧 縮可能部分が動作中であっても実質的に圧縮されないまま維持することができる 。従って、物質の厚み又は光路長が安定し、動作中に静脈血の動きが最小限に止 められることによって、測定信号の信号対ノイズ比が改善される。 本発明の一つの好適な実施の形態において、チャンバに拡散媒体が充填される 。該拡散媒体は、測定される物質が該拡散媒体に接触しても圧縮されないように 、順応性のあるプラスチック又は高圧縮可能物質によって有利に形成される。該 拡散媒体は、該物質内における局部的なアーチファクト及び摂動の影響を最小限 にする手助けをする。こうして増大された光学信号対ノイズ比が観測される。拡 散媒体もまた該物質との光結合を改善する。 他の好適な実施の形態において拡散媒体は光源と該物質との間に置かれ、更に 他の実施の形態では拡散媒体は光源と該物質との間及び該物質と光検出器との間 に置かれる。これらの実施の形態のそれぞれは、改善された光学信号対ノイズ比 を提供する。 更に他の好適な実施の形態では、光源及び／又は光検出器と組み合わせて界浸 レンズが使用される。特に好適な実施の形態において、界浸レンズは、光源及び ／又は光検出器として使用される半導体ダイオードの上に部分的球面を形成する エポキシバンプを配置することによって形成され、信号対ノイズ比を改善する。 図面の簡単な説明 図１はＮ個の異なる成分を含む媒体の概略図である。 図２ａは、パルス酸素計に使用される時の本発明の光学プローブによって測定 される理想的なプレチスモグラフ信号を表す。 図２ｂは、パルス酸素計に使用される時の本発明の光学プローブによって測定 される現実的な信号を図示している。 図３は、単一セグメントのチャンバを有する本発明のプローブの斜視図である 。 図４は、検出器を内部に有する単一セグメントのチャンバを表す本発明のプロ ーブの断面図である。 図５は、基材物質のシェル上に載せられた検出器を有する本発明のプローブの 断面図である。 図６は、集光レンズを組み入れた本発明のプローブの断面図である。 図７は、ＬＥＤを内部に有する単一セグメントのチャンバを表す本発明のプロ ーブの断面図である。 図８は、コリメートレンズアセンブリを組み入れた本発明のプローブの断面図 である。 図９は、ＬＥＤ及び検出器がチャンバの中央軸に沿って揃えられない、本発明 のプローブの断面図である。 図１０は、２セグメントのチャンバを有する本発明のプローブの他の実施の形 態の斜視図である。 図１１は、検出器を内部に有する２セグメントのチャンバを組み入れた図１０ のプローブの他の実施の形態の断面図である。 図１２は、２セグメントのチャンバ内に集光レンズを組み入れた図１０のプロ ーブの他の実施の形態の断面図である。 図１３は、３セグメントのチャンバを有する本発明のプローブの斜視図である 。 図１４は、検出器を内部に有する３セグメントのチャンバを組み入れた図１３ のプローブの断面図である。 図１５は、光コリメートレンズを組み入れた、図１３のプローブの他の実施の 形態の断面図である。 図１６は、指に使用されるように特に設計された本発明のプローブの斜視図で ある。 図１７は、爪、皮膚、骨、組織、筋肉、血等を含む手の指の図である。 図１８は、図１６のプローブの断面図である。 図１９は、図１６のプローブの長手方向の断面図である。 図２０は、集光レンズを組み入れた図１６のプローブの他の実施の形態の断面 図である。 図２１は、反射測定に使用されるように設計された本発明のプローブの断面図 である。 図２２は、一つ以上の側面で物質が圧縮可能な場合に非侵入測定に有利に使用 されるプローブの断面図である。該プローブは２つの基体を有し、各基体は検出 器又はエネルギー源を収納するためのチャンバを有し、これによって動作アーチ ファクトを減少する。 図２３は、チャンバ内の検出器の表面上にエネルギーを有利に収束又は”集中 ”させる反射面を有する一般に円錐形のチャンバを有し、測定信号を改良するプ ローブの断面図である。 図２４は、本発明のプローブを有利に使用する一つのシステムの略図である。 図２５は、開口部に圧縮可能な拡散媒体を充填したプローブの断面図である。 図２６は、ＬＥＤと物質との間に拡散媒体を有する透過アセンブリによって測 定される物質からＬＥＤが離間されているプローブの断面図である。 図２７は、ＬＥＤと物質との間及び該物質と光検出器との間に拡散媒体を設置 したプローブの断面図である。 図２８は、本発明に従ったプローブの好適な実施の形態の断面図であり、この 実施の形態は光検出器及びＬＥＤのための界浸レンズを有し、ＬＥＤと検査物質 との間及び検査物質と光検出器との間に配置された拡散物質を有する。 発明の詳細な説明 物質の検査は、特に物質の標本を採取して検査することが難しい又は高価な場 合にしばしば有利である。例えば、物理的な測定の場合、患者から血液又は組織 を不必要に採取することなくその患者をモニターすることがしばしば望ましい。 エネルギーが物質を伝搬するときのエネルギー吸収の既知の特性は、そのエネル ギーが通過した物質についての情報を決定するために使用される。エネルギーは 物質に入射され、該物質を透過した又は該物質から反射したエネルギーによって 測定がなされる。 測定信号の振幅は、エネルギーが通過した物質の厚み、又は光路長と同様、動 いた時の静脈血の不規則な動きに大きく依存する。Ａ₁からＡ_NまでのＮ個の異な る成分を含む図式的な媒体２０が図１に表されている。媒体２０を透過したエネ ルギーは等式（１）に従ってだいたい減衰され、 ここでε_iはｉ番目の成分の吸収率であり、ｘ_iは光エネルギーが通過したｉ番目 の成分の厚み、即ちｉ番目の光路長であり、及びｃ_iは厚みＸ_iにおけるｉ番目の 成分の濃度である。 エネルギー吸収は、エネルギーが通過する媒体２０を構成するＡ₁からＡ_Nまで の成分の厚みに大きく依存するため、例えば動きによって該媒体２０の厚みが変 化するとき、個々の成分Ａ₁からＡ_Nの厚みは変化する。 媒体２０はしばしば無作為に又は不規則に動く。例えば、媒体２０は患者の身 体の簡単に圧縮可能な部分、例えば指等であり、その患者が動くと、該媒体２０ はＡ₁からＡ_Nまでの成分の個々の厚みＸ₁からＸ_Nを圧縮して不規則に変化させる 。この不規則な変化は測定信号に大きなエクスカーションを生じさせ、動作誘導 ノイズ又は動作アーチファクトのない時のような所望の信号を識別すること を非常に困難にさせ得る。 例えば、図２ａは本発明の一つのアプリケーション、つまりパルス酸素計にお いて測定された理想的な所望の信号波形（Ｙで示されている）を図示している。 図２ｂは同じくパルス酸素計アプリケーションで測定されたより現実的な波形Ｓ を図示しており、理想的な所望の信号波形Ｙ＋動作誘導ノイズｎを含む即ちＳ＝ Ｙ＋ｎである。動作アーチファクトがいかに所望の信号部分Ｙを読みにくくする ががよく分かる。 図３は、測定信号への動作アーチファクトの影響を大きく低減する、本発明の 光学プローブ１００の一つの実施の形態の斜視図である。図４は、本発明の光学 プローブ１００を図３のライン４−４に沿って切り取った断面図を表す。図３の 斜視図を明確にするために、測定が行われる物質１２８はプローブ１００の近く に配置して表されていない。しかし、測定が行われる物質１２８は図４に表され ている。図３及び図４に図示されているように、頂部１１２、底部１１４、前端 部１１６及び後端部１１８を有する基板１１０は、好ましくは硬くて不透明な物 質によって作られる。しかし、該プローブ１００は例えば硬い、弾力のある、不 透明な、又は透明な物質からつくられてもよい。 開口部１２０が基板１１０の頂部１１２に形成されている。一般に開口部１２ ０は基板１００の長さの４分の１の地点と半分の地点との間に位置する。開口部 １２０は、丸、四角、又は三角を含むあらゆる形でもよいが、これらに限定され ない。一つの実施の形態において、チャンバ１２２の側断面図（図示されていな い）は開口部と同じ形である。チャンバ１２２の中央軸１２４は、該開口部１２ ０に垂直且つ該開口部１２０の中央部分を一般に通って延在するラインによって 画定される。 図４の実施の形態において、光源１３０（一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）） は物質１２８の隣りに固定され、チャンバ１２２の中央軸１２４に沿ってチャン バ１２２の対向サイドに揃えられる。一般に、医療用テープ等の接着材は、ＬＥ Ｄ１３０を物質１２８に固定するために使用される。光検出器等の検出器１２６ は、チャンバ１２２内に配置される。光検出器１２６の中央部分は一般にチャン バ１２２の中央軸１２４に沿って一般にチャンバ１２２の底部１１４で揃えられ る。光検出器１２６は幾つかの異なる方法（接着材、圧入、又は対象物の波長の 範囲を超えて光を透過する透明なエポキシ樹脂を含むがこれらに限定されない） に従ってチャンバ１２２内に固定される。一般に、光検出器１２６がチャンバ１ ２２内にどのように配置されても、チャンバ１２２の底面１１４は例えば圧入又 はペイント若しくはテープ等によって不透明に作られる。 吸収測定が行われる物質１２８は少なくとも一部が簡単に圧縮可能な物質１２ ８であることがしばしばである。該物質１２８の容易に圧縮可能な部分はチャン バ１２２の直接となり（例えば上）に配置される。開口部１２０を囲む領域はチ ャンバ１２２を被う物質を支持する。チャンバ１２２は該開口部１２０の上に位 置する物質１２８の任意の圧縮可能な部分が該チャンバ１２２内に押し込まれる ことができるように充分な幅を有する。従って、物質１２２はチャンバ１２２の 上に載せられる又は該チャンバ１２２内に僅かに入れられることができ、これに よって該物質１２８を圧縮する摂動、例えば物質１２８が触られたときに起こる 圧力から保護される。 本実施の形態において、チャンバ１２２の深さは、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範 囲であり、好ましくは２〜４ｍｍ、更に好ましくは３〜４ｍｍである。同様に、 開口部１２０の直径は、本実施の形態において、特定のアプリケーションで必要 とされているように３ｍｍ〜２０ｍｍである。例えば該開口部は大人用よりも新 生児用の方が小さいであろう。これらのサイズは、物質がヒトの皮膚である場合 、該物質１２８の摂動及び圧縮を減少させるのに効果的であることが分かった。 チャンバ１２２は、物質１２８が動かされたときでも光検出器１２６及びチャ ンバ１２２の底部１１４が物質１２８の容易に圧縮可能な部分と接触しないよう 充分な深さを有する。従って、チャンバ１２２の中央軸１２４に沿って、物質１ ２８の容易に圧縮可能な部分に物理的に接触して圧縮をもたらすものはなにもな い。この領域において物質１２８の圧縮が僅かしか、又は全く無ければ、物質１ ２８の厚み、即ち該物質１２８を伝搬する光エネルギーの光路長は、光検出器の 視野において実質的に安定する。圧縮による静脈血の動きもまた光検出器の視野 において最小限に止められる。 ＬＥＤ１３０は既知の波長で光を発光する。この光は物質１２８を通って伝搬 し、減衰信号がチャンバ１２２内に透過されて光検出器１２６に受信される。Ｌ ＥＤ１３０からの光が物質１２８内を伝搬する時、該光は物質１２８によって拡 散され、これによって非常に複雑な形で広範囲の角度に渡ってチャンバ１２２内 に透過される。従って、該光のうちの一部は、チャンバ１２２の不透明壁１２３ に入射され、吸収される。信号は、光検出器１２６が物質１２８の直ぐ隣りにあ るときに比べ、チャンバ１２２の底部１１４の光検出器１２６に到達するまでに より大きな光学距離を通って伝わり、これによって光検出器１２６と物質１２８ とが直接結合することを妨げるが、結果的に低下した信号強度は、測定信号にお ける光路長の安定化及び結果的なノイズの低減によって補われる。光検出器１２ ６は光検出器１２６に入射された光エネルギーの強度を示す電気信号を生成する 。該電気信号はプロセッサ内に入力され、該プロセッサはこの信号を分析して該 光エネルギーが通過した媒体１２８の特性を決定する。 基板１１０の不透明性は、光検出器１２６で測定された信号を妨害し得る周囲 光を吸収する。これは信号の質を更に改善する。更に、チャンバ１２２の不透明 な底部１１４は光検出器１２６で測定される所望の信号を不鮮明にし得る周囲光 から光検出器１２６を保護する。従って、減衰した信号の強度の正確な測定が光 検出器１２６で行われることができる。 チャンバ１２２の他の実施の形態が、図５に正面の断面図で表されている。基 板１１０材料のシェル１３１は、チャンバ１２２の底部１１４をカバーする。光 検出器１２６はチャンバ１２２内でシェル１３１に、一般にＬＥＤ１３０に沿っ て取り付けられる。光検出器１２６はシェル１３１の小さな穴（図示されていな い）を通してプロセッサに電気的に接続されている。シェル１３１は光検出器１ ２６で測定される信号の信号対ノイズ比を大きく劣化させ得る周囲光から光検出 器１２６を保護する。チャンバ１２２の底部１１４は本発明のプローブのどの実 施の形態においてもシェル付き又はシェルなしで形成されてよい。 図６は、集光レンズ１３２がチャンバ１２２内の、チャンバ１２２の上に置か れる又は該チャンバ１２２内に貫入される物質１２８と光検出器１２６との間に 配置された、本発明のプローブ１００の他の実施の形態の正面の断面図を表す。 レンズ１３２は、基板１１０の頂部１１２にある開口部１２０に平行に揃えられ た一般に平らな一つの表面１３２ａを有し、該表面１３２ａは、チャンバ１２２ 内に貫入される物質１２８がレンズ１３２の該平らな表面１３２ａに接触しない よう充分な深さのところに位置する。レンズ１３２の他の表面１３２ｂは一般に チャンバ１２２の底部１１４にある光検出器１２６の方向に向かう頂点を有する 凸形である。レンズ１３２は光学接着材、レンズ保持リング、又は圧入を含むが これらに限定されない幾つかの方法で、チャンバ１２２内に保持される。チャン バ１２２は光路長を安定させ、及び動作アーチファクトを減少させるために上記 と同じ方法で機能する。集光レンズ１３２は、物質１２８内を伝搬したときに拡 散された光の多くを収集し、この光を光検出器１２６に入射させる。これによっ てより強い測定信号を生成する。 図７は、光検出器１２６及びＬＥＤ１３０の位置が入れ替わった、本発明のプ ローブ１００の他の実施の形態を表す。ＬＥＤ１３０はチャンバ１２２内の、一 般にはチャンバ１２２の底部１１４に、チャンバ１２２の中央軸１２４に揃えて 一般に配置される。ＬＥＤ１３０は、圧入、接着材、又は対象物の波長範囲（例 えばＬＥＤが発する波長ぐらい）を超えて光を伝搬する透明なエポキシ樹脂を含 むがこれらに限定されない幾つかの異なる方法に従って、チャンバ１２２内に固 定されてもよい。更に、物質１２８は該物質１２８の圧縮可能部分をチャンバ１ ２２上に直接載せて基板１１０上に配置される。ＬＥＤ１３０、光検出器１２６ 及びチャンバ１２２がチャンバ１２２の中央軸１２４に揃えられるようにして光 検出器１２６はＬＥＤ１３０の対向サイドで物質１２８に取り付けられる。光検 出器１２６には一般に不透明な物質が取り付けられている。例えば、光検出器１ ２６は不透明テープで物質１２８に取り付けられ、これによって周囲光によって 起こる信号の劣化を制限する。ここでも光検出器１２６はプロセッサに電気的に 接続されている。 この実施の形態のプローブ１００は、チャンバ１２２内に取り付けられた光検 出器１２６を有するプローブ１００の実施の形態と実質的に同じように機能する 。チャンバ１２２は物質１２８の容易に圧縮可能な部分をチャンバ１２２の上に 落ち着かせる又は該チャンバ１２２内に貫入させることによって光路長を安定さ せ、これによって光路長を安定させて動作アーチファクトを実質的に減少させる 。これは、光検出器１２６又はＬＥＤ１３０がチャンバ１２２内に取り付けられ ているか否かにかかわらず、そうである。 図８は、ＬＥＤ１３０がチャンバ１２２内に配置されている本発明のプローブ １００の他の実施の形態の断面図を表す。コリメートレンズアセンブリ１４０は チャンバ１２２内で、該チャンバ１２２の上に載せられた又は該チャンバ１２２ 内に貫入された物質１２８とＬＥＤ１３０との間に配置される。コリメートレン ズアセンブリ１４０は従来技術で良く知られているので、該レンズアセンブリ１ ４０は図８で略図で示される。該コリメートレンズアセンブリ１４０はチャンバ １２２内の、該チャンバ１２２内に貫入される任意の物質１２８が該レンズアセ ンブリ１４０に接触しないように充分な深さのところに配置される。該レンズア センブリ１４０は光学接着材、レンズ保持リング、又は圧入を含むがこれらに限 定されない幾つかの方法によって、チャンバ１２２内に保持される。チャンバ１ ２２は、光路長を安定させ、動作アーチファクトを減少させるために上記と同じ ように機能する。コリメートレンズアセンブリ１４０は、ＬＥＤ１３０からの光 をチャンバ１２２上の物質１２８に収束させることによって拡散の少ない信号を 光検出器１２６の平面上に提供し、これによって光検出器１２６をより効果的に 利用する。 図９は、ＬＥＤ１３０及び光検出器１２６がチャンバ１２２の中央軸１２４に 揃えられていない本発明のプローブの他の実施の形態を表す。光は物質１２８内 で拡散され、ＬＥＤから発光された光の少なくとも一部を光検出器１２６に到達 させて測定させる。ＬＥＤ１３０から発光され物質１２８によって拡散された光 が測定されるのに充分大きな強度で光検出器１２６まで到達する限り、ＬＥＤ１ ３０及び光検出器１２６は揃えられる必要はない。ＬＥＤ１３０及び光検出器１ ２６を同じ軸に揃えるとＬＥＤ１３０から発光された光をより直接的に光検出器 １２６まで到達させるが、本発明のプローブの操作には必要ではない。同じアプ リケーションにおいて、揃えないことの方がかえって有利である場合もある。本 発明のプローブの実施の形態ではこれは真実であることが分かるであろう。更に 、チャンバ１２２の幅一杯の光検出器１２６が、チャンバ１２２に向けられた光 のより多くを光検出器１２６の表面に入射させてより強度な測定信号を発生させ ることにおいて有利であることを理解されたい。しかし、適当な強度の測定信号 を生成するために充分なエネルギーを得るあらゆるサイズの光検出器１２６が適 用可能である。これは本発明のプローブのどの実施の形態にも当てはまることを 理解されたい。 マルチセグメントのチャンバ２２２を含む本発明のプローブ２００の他の実施 の形態の斜視図が図１０に図示されている。図１１は、本発明のプローブ２００ を図１０のライン１１−１１に沿って切り取った断面図が表されている。図１０ の斜視図を明確にするために、測定が行われる物質２２８は該プローブ２００に 隣接して配置されているようには表されていない。しかし、図１１では物質２２ ８はプローブ２００の隣りに図示されている。 図１０及び図１１に図示されているように、頂部２１２、底部２１４、前端部 ２１６及び後端部２１８を有する基板２１０は好ましくは硬くて不透明な物質か らできている。しかし、プローブ２００は例えば硬い、弾力のある、不透明な、 又は透明な物質から作られることができることも理解されたい。図３〜図９のプ ローブ１００に関して先に述べた開口部１２０に類似した任意の形の開口部２２ ０が、基板２１０に形成される。開口部２２０はマルチセグメントのチャンバ２ ２２の安定セグメント２２２ａへの穴を形成する。チャンバ２２２の安定セグメ ント２２２ａの側断面図（図示されていない）は一般に開口部２２０と同じ形を している。安定セグメント２２２ａの壁２２３ａは、一般に開口部２２０に垂直 である。チャンバ２２２の中央軸２２４は、一般に開口部２２０に垂直且つ該開 口部２２０及びチャンバ２２２の中央部分を通って延在するラインによって画定 されている。 取り付けセグメント２２２ｂは安定セグメント２２２ｂの下に直に隣接して配 置され、境界２２５のそばで安定セグメント２２２ｂに接続されている。取り付 けセグメント２２２ｂは安定セグメント２２２ａの中央軸２２４を共有し、一般 に幅が狭い。取り付けセグメント２２２ｂの壁２２３ｂは、一般に中央軸２２４ に平行である。取り付けセグメント２２２ｂは図１１に図示されたように基板２ １０の底部２１４を通って延びる、又は取り付けセグメント２２２ｂは基板２１ ０の底部２１４の直ぐ上に延び、基板２１０材料のシェル（図示されていない） をチャンバ２２２の底部２１４に残す。 光検出器２２６はチャンバ２２２の取り付けセグメント２２２ｂ内であって一 般に取り付けセグメント２２２ｂの底部２１４に配置され、光検出器２２６の中 央部分を一般にチャンバ２２２の中央軸２２４に揃えさせる。チャンバ２２２の 取り付けセグメント２２２ｂは、光検出器２２６がチャンバ２２２の安定セグメ ント２２２ａ内に貫入しないように充分な深さである。光検出器２２６は接着剤 、圧入、又は対象物の波長の範囲を超えて光を透過する透明なエポキシ樹脂を含 むがこれらに制限されない幾つかの異なる方法に従ってチャンバ２２２内に固定 される。この実施の形態において、チャンバ２２２の底部２１４は例えばペイン ト若しくはテープによって、又はチャンバ２２２が形成される時にチャンバ２２ ２の底部に基体２１０材料のシェル（図示されていない）を残すことによって不 透明にされる。光検出器２２６は本発明のプローブ１００の先の実施の形態にお ける光検出器１２６と同様に、プロセッサに電気的に接続されている。 エネルギー吸収物質２２８（検査される物質）が図１１の断面図に表されたよ うに基板２１０の上に配置される。物質２２８の一部がチャンバ２２２の上に載 せられる。更に、チャンバ２２２の安定セグメント２２２ａは、該物質２２８の 任意の容易に圧縮可能な部分がチャンバ２２２の安定セグメント２２２ａ内に貫 入されるように充分な広さを有する。チャンバ２２２の安定セグメント２２２ａ は、安定セグメント２２２ａの中に入る物質２２８の該部分が、物質２２８が動 かされても安定セグメント２２２ａ内にある圧縮を引き起こす物体に接触しない ように充分な深さを有する。 発光ダイオード（ＬＥＤ）２３０は開口部２２０の対向サイドで物質２２８に 隣接して固定される。ＬＥＤ２３０は物質２２８を通って光検出器２２６に直接 入射される光の量を最大にするために中央軸２２４に沿って有利に揃えられる。 しかし、光検出器２２６及びＬＥＤ２３０の位置は、図７に関連して先に述べた ように入れ替えることができることを理解されたい。更に、コリメートレンズア センブリ（図示されていない）が図８に関して述べられたようにチャンバ２２２ に付け加えられることもできる。コリメートレンズアセンブリは、後に述べる集 光レンズ２３２と同じ様にチャンバ２２２内に保持されてもよい。更に、ＬＥＤ ２３０及び光検出器２２６は図９に関連して述べたように揃えられなくてもよい ことを理解されたい。 ＬＥＤ２３０からの光が物質２２８内を伝搬するとき、この光は該物質２２８ によって拡散され、広範囲の角度にわたってチャンバ２２２内に透過される。従 って、該光の一部はチャンバ２２２の不透明壁２２３ａ及び２２３ｂに入射され て吸収される。しかし、光検出器２２６及びＬＥＤ２３０を中央軸２２４に沿っ て有利に揃えることによって、該光の大部分は光検出器２２６の表面に入射され る。物質２２８は安定セグメント２２２ａ上及びその中で実質的に圧縮されない ままなので、該光が通る厚み、即ち光路長は実質的に安定化される。こうして、 測定信号の信号対ノイズ比はチャンバ２２２による動作アーチファクトの抑制に よって改善される。 プローブ２００の他の実施の形態において、図１２の断面図に表されたように 集光レンズ２３２がチャンバ２２２内に挿入される。レンズ２３２は、安定セグ メント２２２ａと取り付けセグメント２２２ｂとの間の境界２２５で有利に支持 される。該レンズは光学接着材、レンズ保持リング、又は圧入を含むがこれらに 限定されない幾つかの方法で、所定の場所に保持される。レンズ２３２は、一般 に安定セグメント２２２ａと取り付けセグメント２２２ｂとの間の境界２２５に 沿って揃えられた平らな表面２３２ａ、及びチャンバ２２２の取り付けセグメン ト２２２ｂ内に延びる一般に凸形の表面２２３ｂを有する。チャンバ２２２の安 定セグメント２２２ａは、該レンズ２３２がチャンバ２２２内に貫入された圧縮 可能物質２２８のどこにも接触しないように、充分な深さを有する。 レンズ２３２は平らな表面２３２ａに入射された光を収集する。該レンズが無 かった場合にチャンバ２２２の壁２２３ａ及び２２３ｂによって吸収されるよう な角度で平らな表面２３２ａに入射される光の多くは、これで光検出器２２６に 向けられる。従って、該物質２２８を透過した光の大部分は光検出器２２６に入 射され、より強度な測定信号を生成することができる。 ３つのセグメント３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃを有するチャンバ３２２を取 り入れた本発明のプローブ３００の他の実施の形態の斜視図が図１３に表されて いる。プローブ３００は、頂部３１２、底部３１４、前端部３１６、及び後端部 ３１８を有する基板３１０を有する。基板３１０は一般に硬い不透明な物質で作 られる。しかし、基板３１０は例えば硬い、弾力のある、透明な、又は不透明な 他の物質から作られてもよいことを理解されたい。この実施の形態のチャンバ３ ２２の断面図が図１４に図示されている。図１３の斜視図を明確にするために、 測定が行われる物質３２８はプローブ３００に隣接して位置しているようには表 されていない。しかし、該物質３２８は図１３に断面図で示されている。上記の 開口部１２０及び２２０と同様に任意の形の開口部３２０が基板３１０に形成さ れる。開口部３２０は３セグメントチャンバ３２２の安定セグメント３２２ａへ の穴を形成する。チャンバ３２２の安定セグメント３２２ａの側断面（図示され ていない）は一般に開口部３２０と同じ形である。安定セグメント３２２ａの壁 ３２３ａは一般に開口部３２０に垂直である。チャンバ３２２の中央軸３２４は 、開口部３２０に垂直且つ開口部３２０及びチャンバ３２２の中央部分を通過し て延びるラインによって画定されている。 第二に、チャンバ３２２の移行セグメント３２２ｂはチャンバ３２２の安定セ グメント３２２ａに隣接している。頂部の境界３２５ａは、チャンバ３２２の移 行セグメント３２２ｂと安定セグメント３２２ａとの間に形成されている。移行 セグメント３２２ｂは安定セグメント３２２ａと同じ中央軸３２４を共有する。 移行セグメント３２２ｂの壁３２３ｂは、移行セグメント３２２ｂの底部境界３ ２５ｂが移行セグメント３２２ｂの頂部境界３２５ａよりも小さい寸法を有する ように、内側に角度を取る。 移行セグメント３２２ｂの底部境界３２５ｂは、チャンバ３２２の取り付けセ グメント３２２ｂにつながっている。取り付けセグメント３２２ｃは安定セグメ ント３２２ａ及び移行セグメント３２２ｂの中央軸３２４と同じ中央軸を共有し 、一般に安定セグメント３２２ａ及び移行セグメント３２２ｂよりも幅が小さい 。取り付けセグメント３２２ｃの壁３２３ｃは、一般に中央軸３２４に平行であ る。従って、チャンバ３２２の中央軸３２４に垂直に切られた取り付けセグメン ト３２２ｃの任意の断面は、一般にチャンバ３２２の移行セグメント３２２ｂの 底部境界３２５ｂと殆ど同じ形である。取り付けセグメントは図示されたように 基板３１０の底部３１４を通って延びてもよい。又は、取り付けセグメント３２ ２ｃは基板３１０の底部３１４の直ぐ上に延び、基板３１０材料のシェル（図示 されていない）を３セグメントチャンバ３２２の底部３１４に残してもよい。 光検出器３２６はチャンバ３２２の取り付けセグメント３２２ｃ内であって、 この実施の形態においてチャンバ３２２の底部３１４に配置される。光検出器３ ２６の中央部分はチャンバ３２２の中央軸３２４に揃えられる。チャンバ３２２ の取り付けセグメント３２２ｃは光検出器３２６がチャンバ３２２の安定セグメ ント３２２ａ内に貫入しないように充分な深さを有する。光検出器３２６は、接 着材、圧入、又は対象物の波長の範囲を超えて光を透過する透明なエポキシ樹脂 を含むがこれらに限定されない幾つかの異なる方法に従って、チャンバ３２２内 に固定されてもよい。この実施の形態において、チャンバ３２２の底部３１４は 、例えば圧入、ペイント、又はテープ等によって不透明にされる。光検出器３２ ６は、本発明のプローブの先の実施の形態の光検出器１２６及び２２６と同じよ うに、プロセッサに電気的に接続される。 エネルギー吸収物質３２８の一部が図１４の断面図に表されたようにプローブ ３００の上に配置される場合、この物質はチャンバ３２２の上に載せられる。更 に、チャンバ３２２の安定セグメント３２２ａは物質３２８の簡単に圧縮可能な 部分がチャンバ３２２の安定セグメント３２２ａ内に入るように充分な幅である 。チャンバ３２２の安定セグメント３２２ａは安定セグメント３２２ａ内に貫入 される物質３２８の容易に圧縮可能な部分が、物質３２８が動かされたときでも 安 定セグメント３２２ａ内にある物質３２８を圧縮するおそれのある物体に接触し ないように充分な深さがある。チャンバ３２２は該圧縮可能物質３２８を、該物 質３２８を圧縮して該物質３２８を介する光路長を変化させるような接触から保 護する。 ＬＥＤ３３０は開口部３２０の対向サイドで該物質３２８に固定される。ＬＥ Ｄ３３０は中央軸３２４に沿って有利に揃えられ、物質３２８を通って光検出器 ３２６に直接入射される光の量を最大にする。光検出器３２６およびＬＥＤ３３ ０の位置は、図７に関して述べられたように入替え可能であることを理解された い。更に、コリメートレンズアセンブリ（図示されていない）は図８に関して述 べられたようにチャンバ３２２に加えられることができる。該コリメートレンズ アセンブリは後に記す集光レンズ３３２と同様にチャンバ３２２内に保持されて もよい。更に、ＬＥＤ３３０及び光検出器３２６は、図９に関して述べられたよ うに、揃えられなくてもよい。 ＬＥＤ３３０からの光は物質３２８を通って伝搬し、物質３２８によって拡散 され、広範囲の角度にわたってチャンバ３２２に透過される。従って、この光の 一部はチャンバ３２２の不透明壁３２３ａ、３２３ｂ、３２３ｃに入射され、吸 収される。しかし、光検出器３２６及びＬＥＤ３３０をチャンバ３２２の中央軸 ３２４に沿って有利に並べることによって、該光の大部分を光検出器３２６の表 面に入射させることができる。物質３２８は安定セグメント３２２ａの上及び内 部で実質的に圧縮されないままなので、光が通る厚み、即ち光路長は、実質的に 安定する。従って、測定信号の信号対ノイズ比は、動作アーチファクトの抑制に よって改善される。更に測定信号の信号対ノイズ比の改善を補助するのは、光検 出器３２６を周囲光から保護する取り付けセグメント３２２ｃの不透明底部３１ ４である。 本発明のプローブ３００の他の実施の形態において、集光レンズ３３２が、図 １５に断面図で表されたチャンバ３２２の移行セグメント３２２ｂに加えられる 。レンズ３３２は移行セグメント３２２ｂ内で支持され、光学接着材、レンズ保 持リング、又は圧入を含むがこれらに限定されない幾つかの方法によって移行セ グ メント３２２ｂ内に保持されてもよい。該レンズはチャンバ３２２の移行セグメ ント３２２ｂの頂部境界３２５ａに揃えられた一般に平らな表面３３２ａ、及び チャンバ３２２の移行セグメント３２２ｂ内に延びる一般に凸状の表面３２５ｂ を有する。チャンバ３２２の安定セグメント３２２ａは、チャンバ３２２の上に 置かれた又は該チャンバ３２２内に貫入された簡単に圧縮可能な物質３２８に該 レンズ３２２が接触しないように充分な深さを有する。 レンズ３３２は、該平らな表面３３２ａに入射された光を収集する。もしレン ズ３３２が無かったらチャンバ３２２の壁３２３ａ、３２３ｂ、３２３ｃによっ て吸収されたであろうような角度でこの表面３３２ａに入射された光の大部分は 、これで光検出器３２６の方へ向けられる。従って、該物質３２８を通って透過 した光の大部分は光検出器３２６上に入射され、より強力な測定信号を生成する 。 上記実施の形態のそれぞれにおける移行セグメント３２２ｂの壁３２３ｂは、 安定セグメント３２２ａにおける大きな幅から取り付けセグメント３２２ｃにお ける小さい幅に移行するために傾けられる必要はないことを理解されたい。取り 付けセグメント３２２ｃの壁３２３ｂは、中央軸３２４に一般に平行に揃えるこ とができるが、移行セグメント３２２ｂの幅を安定セグメント３２２ａの幅より 小さく、且つ取り付けセグメント３２２ｃの幅より大きくする距離に配置される 。 図１６は、特に指で使用するために設計された本発明の他のプローブ４００の 斜視図を表す。図を簡単にするためにこの実施例は手の指に関するが、この実施 例は任意の指にも同様に関することができることを理解されたい。図１７は、爪 、皮膚、骨、組織、筋肉、血液等を含む手の指４２８の図を表す。脂肪や組織等 の指のパッド４０４における成分は、患者の動きに応じて簡単に圧縮可能である 。指４２８が僅かに動いただけでも指４２８の成分の厚みは大きく変化し、これ によって測定信号において大きな動作誘導エクスカージョンが起こり、患者につ いての情報が決定される測定信号の所望の部分をしばしば不鮮明にする。 図１６に図示されているように、フィンガープローブ４００の基板４１０（こ の実施の形態においてサドル４１０と呼ばれる）は一般に半円筒形であり、好ま しくは黒いプラスチックのような硬い、又はやや硬い、不透明な物質から作られ る。しかし、サドル４１０は例えば硬い、弾力のある、不透明な及び、透明な物 質を含む他の物質から作られても良いことを理解されたい。サドル４１０は頂部 ４１２、底部４１４、前端部４１６、後端部４１８、リッジ４４０、及び該リッ ジ４４０から上に向かってカーブして図１８で表されたようにＵ型の断面を形成 する側壁４５０を有する。 図１６及び図１８に図示されたように、開口部４２０はチャンバ４２２への入 口を形成し、図１９に側断面図で示されたようにサドル４１０の前端部４１６か らサドル４１０の長さの４分の１の位置から半分の位置の間に位置する。開口部 ４２０は、丸、四角、三角を含むがこれらに限定されないいかなる形であっても よい。開口部４２０は、本発明のプローブの他の実施の形態１００、２００及び ３００に関連して以前述べたように、チャンバ４２２への入口である。チャンバ ４２２は丸、四角、三角を含むがこれらに限定されないいかなる形であってもよ い。 チャンバ４２２は先に述べたように一つ以上のセグメントを有する。この実施 の形態に図示されているチャンバ４２２は３セグメントチャンバ４２２であり、 共通の中央軸４２４に揃えられた安定セグメント４２２ａ、傾斜壁移行セグメン ト４２２ｂ、及び取り付けセグメント４２２ｃを有するが、吸収測定の間に光エ ネルギーが通過する指４２８の圧縮可能部分を圧縮から保護するあらゆるチャン バ４２２が、可変に代用可能であることを理解されたい。更に、サドル４１０材 料のシェル（図示されていない）が、図５に表されたプローブの実施の形態に関 連して先に述べたように、チャンバ４２２の底部４１４をカバーすることもでき ることを理解されたい。 光検出器４２６はチャンバ４２２内であって、一般にチャンバ４２２の取り付 けセグメント４２２ｃの底部４１４に配置される。光検出器４２６は、接着材、 圧入、又は例えば対象物の波長の範囲を超えて光を透過する透明なエポキシ樹脂 によって所定の場所に設置されてもよい。一般に、チャンバ４２２の底部４１４ は、例えば周囲光が光検出器４２６に影響を与えないように、テープやペイント によって不透明にされる。 指４２８は、サドル４１０の上、開口部４２０に直に隣接するフィンガーパッ ド４０４の上、及びチャンバ４２２の上に配置される。更に、フィンガーパッド ４０４がチャンバ４２２の上に載せられてもよい。開口部４２０及びチャンバ４ ２２の安定セグメント４２２ａは、フィンガーパッド４０４の一部等のような指 ４２８の簡単に圧縮可能な部分がチャンバ４２２内に貫入されるように充分広い 。チャンバ４２２の安定セグメント４２２ａは、安定セグメント４２２ａ内に貫 入される指４２８のどの部分も、指４２８が動かされた時に安定セグメント４２ ２ａ内において指４２８を圧縮し得るどの物体にも接触しないように充分な深さ を有する。 ＬＥＤ４３０は一般に開口部４２０の対向サイドで指４２８に固定される。Ｌ ＥＤ４３０は、一般に医療用テープ等の接着材によって指４２８にくっつけられ る。ＬＥＤ４３０は中央軸４２４に沿って有利に揃えられ、指４２８を通って光 検出器４２６に直接透過される光の量を最大にする。しかし、光検出器４２６及 びＬＥＤ４３０の位置は図７に関連して述べられたように入れ替え可能であるこ とを理解されたい。更に、コリメートレンズアセンブリ（図示されていない）は 図８に関連して述べたようにチャンバ４２２に加えられることもできる。コリメ ートレンズアセンブリは、以下に述べる集光レンズ４３２と同様にチャンバ４２ ２内に保持されてもよい。更に、ＬＥＤ４３０及び光検出器４２６は図９に関連 して述べたように揃えられなくてもよい。 ＬＥＤ４３０は光エネルギー信号を発光し、この信号は指４２８内を伝搬して チャンバ４２２内に透過される。チャンバ４２２は光エネルギーが通過する指４ ２８の部分を圧縮から保護する。従って、指４２８を通る光路長は実質的に安定 し、測定信号における動作アーチファクトは実質的に減少する。図３〜図９に関 連して述べられたような単一セグメントチャンバ、又は図１０〜図１２に関連し て述べられた２セグメントチャンバは、指４２８の圧縮可能部分を圧縮から保護 することによって動作アーチファクトを減少させるために、本発明のフィンガー プローブ４００にも同様に使用されることができることを理解されたい。 図１６、図１８及び図１９は、フィンガープローブ４００の一つの実施の形態 の斜視図、正面断面図、及び側断面図をそれぞれ表す。サドル４１０のカーブは 、側壁４５０が指４２８の半円辺材型支持材を形成するように、指４２８の平均 カーブに補正される。サドル４１０は前端部４１６と後端部４１８との間が約２ ５ｍｍであり、指の先端部４０６とほぼその第一間接４０８（図１７に図示）と の間の部分が、プローブの前端部４１６と後端部４１８との間もフィットするよ うになっている。サドル４１０のカーブは、一般に水平面から３０°から５０° の角度で側壁４５０に正接するライン４６０（図１８に図示）によって画定され る。 開口部４２０をサドル４１０の長さの３分の１から半分の位置の間の地点に配 置すると、指４２８又はフィンガーパッド４０４の圧縮可能部分の一番厚いセク ションをチャンバ４２２の上又及び該チャンバ４２２内に載せられる。従って、 圧縮可能物質の多い指４２８の部分はチャンバ４２２によって圧縮から保護され る。 図１６、図１８、図１９及び図２０に図示されたフィンガープローブ４００の 実施の形態において、開口部４２０は一般に環状であり、図１８に断面図で表さ れたようにチャンバ４２２は３つのセグメント４２２ａ、４２２ｂ、及び４２２ ｃを有する。図１６、図１８、図１９及び図２０に図示されたフィンガープロー ブ４００に有利に採用された寸法は、一般に円筒形で約７ｍｍの直径を有するチ ャンバ４２２の安定セグメント４２２ａを含む。更に、チャンバ４２２の安定セ グメント４２２ａは該チャンバ内に貫入される指４２８のどの部分も、該指４２ ８が動いたときでも実質的に摂動の無いように充分な深さを有する。従って安定 セグメント４２２ａの有利な深さは、２ｍｍである。チャンバ４２２の取り付け セグメント４２２ｃもまた円筒形であり、約５ｍｍの直径を有する。チャンバ４ ２２の移行セグメント４２２ｂは様々な直径を有し、頂部境界４２５ａの直径が 約７ｍｍで底部境界４２５ｂの直径が約５ｍｍであるように傾斜した壁４２３ｂ を有する。最大５ｍｍの直径を有する検出器４２６は、チャンバ４２２の取り付 けセグメント４２２ｃの底部４１６内に配置される。 フィンガープローブ４００の他の実施の形態において、集光レンズ４３２が図 ２０に図示されたように本発明のフィンガープローブ４００に追加されてもよい 。 サドル４１０及びチャンバ４２２は上記のように機能する。レンズ４３２は図６ 、図１２及び図１５に関連して先に述べられたように、レンズ４３２が無かった 場合にチャンバ４２２の壁４２３ａ、４２３ｂ、及び４２３ｃに吸収されたであ ろう光を集めてレンズ４３２上に入射させるために機能する。従って、指４２８ を通って透過された光の大部分は光検出器４２６上に方向付けられ、より強度な 測定信号を生成することができるようになる。 本発明のプローブの他の実施の形態が、本明細書中に述べられる原理を使用し て耳たぶ、又は鼻孔若しくは唇等の身体の薄い部分に使用するために特に設計及 び製造されてもよい。また、エネルギーが媒体を透過したのではなく媒体から反 射したときの減衰の特性を利用した本発明のプローブの実施の形態は、同様の原 則を用いて作成されることができる。 反射エネルギーを測定するために特に設計されたプローブ７００は、図２１に 断面図で示されている。基板７１０は反射測定がなされる物質７２８に隣接して 配置される。光検出器７２６及びＬＥＤ７３０は、基板７１０内に配置される。 図２１に表された実施の形態において、光検出器７２６はチャンバ７２２ｘ内に 配置され、ＬＥＤ７３０はチャンバ７２２ｙ内に配置される。単一セグメントの チャンバ７２２ｘ及び７２２ｙが図示されているが、チャンバ７２２ｘ及び７２ ２ｙはいかなる適切な形及びサイズであってもよい。チャンバ７２２ｘ及び７２ ２ｙは、先述のようにチャンバ７２２ｘ及び７２２ｙ上に載せられる若しくは該 チャンバ内に貫入される物質のどの圧縮可能部分をも圧縮から保護することによ って、光路長を安定させるために機能する。 集光レンズ（図示されていない）は、図６、図１２及び図１５に関連して先に 述べたように、光検出器７２６を内部に有するチャンバ７２２ｘに加えられても よい。更に、図８に関連して先に述べたように、コリメートレンズアセンブリ（ 図示されていない）がＬＥＤ７３０を内部に有するチャンバ７２２ｙに加えられ てもよい。チャンバ７２２ｘ及び７２２ｙは、図５に関連して先に述べたように 、基板７１０材料のシェル（図示されていない）を有して若しくは有しないで形 成されてもよい。 反射プローブ７００の他の実施の形態（図示されていない）において、光検出 器７２６を基板７１０から突出させ、チャンバ７２２ｙ内にＬＥＤ７３０を配置 させることもできるし、又はＬＥＤ７３０を基板７１０から突出させて光検出器 ７２６をチャンバ７２２ｘ内に配置させることも可能である。更に、光検出器７ ２６及びＬＥＤ７３０は単一チャンバ７２２内に配置されることもできる。どの 実施の形態においても、チャンバ７２２はあらゆる適切な形のセグメントを幾つ でも持つことができる。 反射に依存するプローブ７００のタイプは、額等の場合のように、光検出器７ ２６及びＬＥＤ７３０が物質７２８の対向サイドに配置されることができない物 質について有利に利用することができる。ただし、反射プローブ７００は非侵入 測定が行われる必要のあるあらゆる場所、例えば唇、耳たぶ、又は手の指等に使 用されることができる。 図２２は、測定される物質８２８に隣接して２つの基板８１０ｘ及び８１０ｙ が配置される、本発明の他のプローブ８００の断面図を表す。基板８１０ｘ及び ８１０ｙは物質８２８の対向サイドに配置される。光検出器８２６は基板８１０ ｘ内のチャンバ８２２ｘ内に配置される。ＬＥＤ８３０は基板８１０ｙ内のチャ ンバ８２２ｙ内に配置される。光検出器８２６及びＬＥＤ８３０は、中央軸８２ ４に実質的に沿って揃えられる。２セグメントチャンバ８２２ｘ及び８２２ｙが 図示されているが、チャンバ８２２ｘ及びチャンバ８２２ｙはいかなる適切な形 及びサイズでも良い。使用されるチャンバの形に関係なく、チャンバ８２２ｘ及 び８２２ｙは光路長を安定させることによって測定信号に対する動作アーチファ クトの影響を減少させるために機能する。 先に述べたように、プローブ８００は光検出器８２６を内部に有するチャンバ ８２２ｘに集光レンズ（図示されていない）を加えて僅かに修正されてもよい。 コリメートレンズアセンブリ（図示されていない）がＬＥＤ８３０を内部に有す るチャンバ８２２ｙに追加されてもよい。更に、チャンバ８２２ｘ及び８２２ｙ は基板８１０ｘ及び８１０ｙ材料のシェル（図示されていない）を有して若しく は有さないで形成されてもよい。プローブ８００は、各チャンバ８２２ｘ及び８ ２２ｙが、該チャンバ８２２ｘ及び８２２ｙの上にそれぞれ載せられる若しくは 該チャンバ内に入れられる物質８２８の圧縮可能なあらゆる部分を支持し且つ圧 縮から保護するので、物質８２８が一つ以上の側面で圧縮可能であるときに特に 有利である。 図２３は、壁９２３を有するチャンバ９２２が光検出器９２６の表面上にエネ ルギーを収束させる、又は”集中する”ために形成された、本発明の他のプロー ブ９００の断面図を表す。開口部９２０が基板９１０に形成され、該開口部９２ ０は一般に円錐形のチャンバ９２２につながっている。該基板９１０は測定され る物質９２８に隣接して配置され、該チャンバ９２２は該物質９２８の容易に圧 縮可能な任意の部分に直接隣接して配置される。光検出器９２６はチャンバ９２ ２内であって、一般にチャンバ９２８の底部に配置される。発光ダイオード９３ ０は物質９２８の上に、一般に光検出器９２６の対向サイドに揃えられて配置さ れる。 先に述べたように、物質９２８の一部は開口部９２０を囲む領域によって支持 されている。更に、開口部９２０及びチャンバ９２２は、物質９２８の容易に圧 縮可能なあらゆる部分が圧縮されずにチャンバ９２２内に入れられるように充分 な幅を有し、これによって物質９２８が動いているときでも該物質９２８のこの 部分を圧縮から保護する。これによって光路長を実質的に安定させ、光検出器９ ２６で測定される信号の信号対ノイズ比を改善させる。 プローブ９００で測定される信号対ノイズ比を更に改善するために、高反射金 属等の反射物質がチャンバ９２２の壁９２３をカバーする。これによって、物質 ９２８によって拡散されてチャンバ９２２の壁に入射された光を反射させる。こ の円錐形によって、該光を全体的に光検出器９２６上に集中させる。 光検出器９２６の形によって、チャンバ９２２は光検出器９２６への光の集中 を最大にするように有利な輪郭をとってもよい。光検出器９２６が平らであれば 、チャンバは一般に双曲線状の断面を有して最も有利に形どられる。しかし、製 造プロセスによって有りがちであるように光検出器９２６が球形又は僅かにカー ブしていれば、チャンバは曲がっていない壁９２３を有する円錐形の断面を有し て 最も有利に形成される。 本発明プローブの他の実施の形態に関連して先に述べたように、プローブ９０ ０は集光レンズ（図示されていない）を含むように修正されることもできる。ま た、光検出器９２６の代わりにＬＥＤ９３０がチャンバ９２２内に配置されるこ とができる。チャンバ９２２内にＬＥＤを入れ、コリメートレンズアセンブリ（ 図示されていない）をチャンバ９２２内に配置させることができる。２つの一般 に円錐形のチャンバを有する基板９１０が物質９２８の片側に使用されることが できる。隣り合わせた２つの一般に円錐形のチャンバ９２２を有する基板９１０ もまた、反射測定に使用されることができる。更に、光検出器９２６及びＬＥＤ ９３０は中央軸９２４に沿って揃えられる必要はない。 図２４は酸素計と組み合わせて本発明に従って構成されたプローブの一つの実 施の形態を図示している。酸素計は、光減衰測定を使用する従来技術において公 知のいかなる酸素計であってもよい。一つの可能な酸素計のブロック図が図２４ に描かれている。図２４に表された酸素計は、フィンガープローブ４００が使用 されるパルス酸素計であり、異なる波長で測定された２つの信号（そのうち１つ は一般に赤色信号で、もう１つは一般に赤外線信号である）が指４２８を交互に 通過する。光検出器４２６で測定された信号は、次に体内に提供可能な酸素の量 を決定するために処理される。これは酸化された及び脱酸化されたヘモグロビン を両方含む血液中の酸化ヘモグロビンの飽和量を発見することによって評価され る。 ２つのＬＥＤ４３０ａ及び４３０ｂ（ＬＥＤ４３０ａは赤色波長を発光し、Ｌ ＥＤ４３０ｂは赤外線波長を発光する）が指４２８の隣に配置される。フィンガ ープローブ４００は指４２８の下に配置され、開口部４２０及びチャンバ４２２ がフィンガーパッド４０４の直接隣りに配置される。チャンバ４２２の底部４１ ４内にある光検出器４２６は、増幅器５３０を含む共通の処理回路の単一チャネ ルに接続され、この増幅器５３０は帯域通過フィルタ５４０に接続されている。 該帯域通過フィルタ５４０は複数の出力チャネルを有する同期復調器内に信号を 通過させる。１つの出力チャネルは可視波長に相当する信号のためのもので、も う一方の出力チャネルは赤外線波長に相当する信号のためのものである。 可視波長及び赤外線波長に相当する信号のための同期復調器５５０の出力チャ ネルはそれぞれ別々のパスに接続されており、各パスは更なる処理回路を含む。 各パスは差動増幅器等のＤＣオフセット除去要素５６０及び５６２、プログラム 可能ゲイン増幅器５７０及び５７２、及び低域通過フィルタ５８０及び５８２を 含む。各低域通過フィルタ５８０及び５８２は、第二プログラム可能ゲイン増幅 器５９０及び５９２内で増幅され、次にマルチプレクサ６００に入力される。 マルチプレクサ６００はアナログ／デジタル変換器６１０に接続され、該変換 器６１０は今度はマイクロプロセッサ６２０に接続されている。マイクロプロセ ッサ６２０とマルチプレクサ６００との間、マイクロプロセッサ６２０とアナロ グ／デジタル変換器６１０との間、及びマイクロプロセッサ６２０と各プログラ ム可能ゲイン増幅器５７０、５７２、５９０及び５９２との間には制御ラインが 形成されている。マイクロプロセッサ６２０はさらに制御ラインを有し、この制 御ラインのうち１つは画面６３０につながり、他のラインは２つのＬＥＤ４３０ ａ及び４３０ｂを有するフィードバックループ内に位置するＬＥＤドライバ６４ ０につながっている。 ＬＥＤ４３０ａ及びＬＥＤ４３０ｂはそれぞれ交互にエネルギーを発し、該エ ネルギーは指４２８によって吸収されて光検出器４２６により受け取られる。光 検出器４２６は該光検出器４２６の表面にぶつかる光エネルギーの強度に対応す る電気信号を生成する。増幅器５３０はこの電気信号を各処理のために増幅する 。帯域通過フィルタ５４０は次に要らない高周波及び低周波を除去する。同期復 調器５５０は該電気信号を赤色光エネルギー成分及び赤外線光エネルギーに対応 する電気信号に分離する。既定の基準電圧Ｖ_refはＤＣオフセット除去要素５６ ０及び５６２によって該別々の信号のそれぞれから減算され、動作アーチファク トが無いときの吸収に相当する実質的に一定な吸収を除去する。次に、第一プロ グラム可能ゲイン増幅器５７０及び５７２は、操作を簡単にするために各信号を 増幅する。低域通過フィルタ５８０及び５８２は各信号を統合していらない高周 波成分を除去し、第二プログラム可能ゲイン増幅器５９０及び５９２は更に処理 を 簡易化するために各信号を増幅する。 マルチプレクサ６００は赤色光エネルギー及び赤外線光エネルギーに対応する 電気信号間のアナログスイッチとして働き、、まず赤色光に対応する信号をアナ ログ／デジタル変換器６１０に入れ、次に赤外線光に対応する信号をアナログ／ デジタル変換器６１０にいれる。これによって複数のアナログ／デジタル変換器 ６１０が必要なくなる。アナログ／デジタル変換器６１０は該データをマイクロ プロセッサ６２０に入力し、１９９１年３月７日に出願された米国特許出願番号 第０７／６６６，０６０号（その後放棄されて１９９４年５月２６日に出願され た米国特許出願番号第０８／２４９，６９０号に継続された”信号処理装置及び 方法”）（これらは本発明の出願人と同じ出願人であるマシモ社（ＭＡＳＩＭＯ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）に譲渡され、その開示内容は本明細書中に援用され て、本発明の一部とする）に述べられたような既知の方法に従って酸素の飽和量 を計算する。マイクロプロセッサ６２０は中央でマルチプレクサ６００、アナロ グ／デジタル変換器６１０、及び赤色及び赤外線のチャネル両方のための第一並 びに第二のプログラム可能ゲイン増幅器５７０、５９０、５７２、及び５９２を 制御する。更に、マイクロプロセッサ６２０はＬＥＤ４３０ａ及び４３０ｂの強 度をサーボループ内のＬＥＤドライバ６４０を介して制御し、光検出器４２６で 受け取られる平均強度を適度な範囲に維持する。 先に述べたように、本発明のプローブは様々な酸素計システムに使用すること ができる。本発明の譲受人による酸素計の最近の実施の形態は、”信号処理装置 ”と題して１９９４年１０月７日に出願された米国特許出願番号第０８／３２０ ，１５４号に詳しく述べられており、当該特許の開示内容もまた本明細書中に援 用されて、本発明の一部とする。 図２５〜図２８は、光学拡散効果によって受信された信号において改善された 信号対ノイズ比が観察される本発明の他の実施の形態を描いている。図２５に断 面図で表されたプローブ１０００は基板１０１０を含み、該基板は頂部１０１２ 、底部１０１４、及び前端部並びに後端部（図２５では図示されていない）を有 する。基板１０１０は好ましくは固く、且つプローブ１０００で使用される波長 に 対して不透明である。開口部１０２０は基板１０１０の頂部１０１２に形成され る。開口部１０２０は特定のアプリケーションに応じて円筒形（図２５に図示） 、円錐形、立方体、又は他の形であってもよい。開口部１０２０の深さは例えば ０．５ｍｍ〜１０ｍｍであり、好ましくはある実施の形態において２〜４ｍｍの 深さであり、更に好ましくは３〜４ｍｍである。更に、開口部１０２０の直径は 、特定のアプリケーションに応じて３ｍｍ〜２０ｍｍである。本発明の発明者は 、直径０．５ｍｍ未満の開口は本発明の利益を得られないことを発見した。 光源１０３０（例えば一つ以上の発光ダイオード）が物質１０２８（例えば耳 たぶ、手の指、又は他の肉体の物質）の隣に固定され、光検出器１０２６の中央 を実質的に通過する中央軸１０２４に沿って揃えられる。開口部１０２０は拡散 媒体１０４０、例えば２．２ポンドのポリウレタン網状フォーム（順応性のある プラスチック又は拡散ジェルが使用されてもよい）によって全体的に又は部分的 に埋められる。一般に、拡散媒体は複数のfixotropic物質（例えば拡散に対して 導電性の２つ以上の混合物質を有する物質）のうち１つを含む。理想的には、拡 散媒体１０４０は酸素計のための操作可能な赤色（例えば６６０ｎｍ）及び赤外 線（例えば９４０ｎｍ）波長では、光学放射線を拡散するが、多くは吸収しない 。換言すると、該物質は明らかに光学を吸収するが、同時に光を拡散する。 操作では、光源１０３０（例えば本実施例における２つのＬＥＤ）は（例えば 赤又は赤外線スペクトルレンジの）光学放射線を発光し、該放射線は検査対象の 物質１０２８を通過する。該光学放射線は、拡散媒体１０４０を透過した後光検 出器１０２６によって受け取られる。この受け取られた光学放射線は拡散媒体１ ０４０によって拡散される。 拡散媒体１０４０内における光学放射線の拡散は、受信された信号の信号対ノ イズ比を増大させることが分かった。物質１０２８（例えば肉体）の任意の特定 の局所領域からの信号に与える影響が減少されると思われるので、信号対ノイズ 比は改善されると考えられる。つまり、該物質の介入の前又は後に信号を拡散す ることによって、該信号は該物質１０２８のより大きな領域に渡って効果的に広 がる。従って、露光領域内の局所的な摂動は、同じ局所を通過するより集中した 信号よりも、より広範囲にわたる拡散ビームのほうが効果が少ないであろう。こ のようにして、平均信号に対する摂動の影響は低減される。 拡散媒体１０４０は、該物質１０２８が該拡散媒体１０４０を押圧したときに 強く圧縮しないように柔らかい（即ち非常に圧縮可能性のある）べきである。該 拡散媒体は光学放射線を多く吸収しないため、拡散媒体１０４０の圧縮は測定信 号の振幅を大きく変えない。更に、順応性のあるプラスチックが使用されてもよ いが、網状フォームは改善された肉体との光結合を提供するので、網状フォーム が好ましい。これは網状フォームが肉体の広範囲ではなく局部的に接触するため である。肉体の広範囲にわたって接触すると、汗又は油脂の小さな液滴は肉体と 拡散媒体１０４０との間に層を形成し得る。この層は、光学放射線を吸収するイ ンピーダンス不整合界面を生成する。もちろん、本発明に従ってジェルが使用さ れてもよい。このようなジェルは金属塩又はシリカを多くは含まない。これらの 物質は光を吸収するからである。 本発明の技術は改善された光学信号対ノイズ比の従来の方法から掛け離れたも のである。一般に、光学放射線を集めるレンズアセンブリが光学信号の信号対ノ イズ比を改善するために使用される。しかし、透過や反射による酸素計は、光学 検出の非画像形成方法である。従って、画像の形成は検出目的のために重要では ない。このため、拡散は光学信号の質を改善する方法として使用されるが、拡散 は光学信号の信号対ノイズ比を劣化させるものと考えられていたので、従来の方 法は光学拡散技術を使用してこなかった。 図２６及び図２７は、肉体の介入の前に、及び肉体の介入の前後両方に、光学 拡散が行われる本発明の更なる他の実施の形態をそれぞれ図示している。図２６ では、酸素計プローブ１０４５はバッキング１０５５内の所定の位置にＬＥＤ１ ０３０を保持する移行アセンブリ１０５０を更に含む。表面１０６３を有する拡 散媒体１０６０はＬＥＤ１０３０と物質１０２８との間に配置される。図２６に 図示された実施の形態において、拡散媒体１０６０はＬＥＤ１０３０と接触しな いが、拡散媒体１０６０はＬＥＤ１０３０及び物質１０２８の片方又は両方に接 触してもよいことを理解されたい。 拡散媒体１０６０はＬＥＤ１０３０によって発光された光学放射線をより広い 領域に渡って拡散する。従って、本来的に点源であるＬＥＤ１０３０は、拡散媒 体１０６０の表面１０６３の全領域に渡って均等に配分された光源に変わる。広 い領域に渡って光を拡散することによって、信号対ノイズ比を改善する。 図２６〜図２８にみられるように、該光は拡散される。これはライトパス指示 器ではなくエネルギー強度の輪郭によって表される。本発明の発明者によって認 識されたように、特定のライトパスは重要ではない。重要な点は、光の強度及び 光検出器並びに光源の視野である。これは界浸レンズを使用する図２８の実施の 形態に関連して更に説明される。 図２７に表されたプローブ１０６５の操作は、拡散媒体１０４０が開口部１０ ２０内に提供されるという点を除いてはプローブ１０４５の操作と本質的に同じ である。物質１０２８の両側に拡散媒体を提供することによって、物質１０２８ の片面のみに拡散媒体を有するプローブよりも改善された信号対ノイズ比が観察 されることが分かった。 図２８は本発明に従ったプローブ１０７０の好適な実施の形態を描いたもので ある。図２８に描かれているように、プローブ１０７０は透過アセンブリ１０７ ２を含み、該移行アセンブリ１０７２は光源１０７４、界浸レンズ１０７６、拡 散媒体１０７８、移行アセンブリの支持表面１０８３に沿って開口部１０８２を 画定するチャンバ１０８０を有する。検出器アセンブリ１０８４は同様に、支持 表面１０８５、該支持表面１０８５に沿って開口部１０８８を画定するチャンバ １０８６、光検出器１０９０、界浸レンズ１０９２、及び拡散媒体１０９４で構 成される。図２８は更に光源アセンブリ１０７２と検出器アセンブリ１０８４と の間に配置されたヒトの組織（例えば手の指又は耳たぶ）等の検査物質２０００ を図示している。 幾つかの利点が図２８に表された特定の形態から得られる。まず、光検出器内 に光源を組み立てる経済的な方法は、小さな半導体ＬＥＤ及び光検出器を使用す ることである。このような装置は非常に小さく、従って視野が非常に狭い。発明 者は、支持表面の開口部にある組織物質２０００の表面が半導体光検出器の表面 及びＬＥＤに比べて大きいため、光検出器及びＬＥＤの視野を改善させることが 有利であることに気がついた。従って、光検出器及び／又はＬＥＤの視野を広げ なければ、開口部における組織物質の界面の大部分が利用されない。先に説明し たように、光の拡散は受信された信号の品質を改善する。開口部をカバーする組 織物質の実質的な部分が光検出器及び／又はＬＥＤの視野の範囲内に入るように 、光検出器及び／又はＬＥＤのための界浸レンズは半導体光検出器及びＬＥＤの 視野を拡大する。 拡散の利点のおかげで画像形成光学系は必要ではないため、非常に有利な構成 は、光検出器及び／又はＬＥＤの上に直接配置された部分的な球形のエポキシを 使用することであり、このエポキシは本実施の形態において界浸レンズとして適 切に機能する。一つの実施の形態において、該エポキシの屈折率は１．５６が有 利である。該エポキシは、光検出器及び／又はＬＥＤを保護する働きもある。界 浸レンズはエポキシのバンプを光検出器及びＬＥＤの上に配置することによって 形成されることができる。 光検出器及び／又はＬＥＤ上のエポキシバンプによって形成された界浸レンズ は、開口部にある（光学要素の表面と比べて大きい）組織表面に渡って透過され た光エネルギーを拡散させるために、光検出器及びＬＥＤのための視野を広げる 。これは検査物質の比較的小さな光学的細部（例えば気孔、指紋、汗腺）の影響 を最小にするのを助ける。 図２８の有利な実施の形態において、拡散物質１０８０、１０８６もまた、先 に述べたように該光の拡散を強化するためにチャンバ１０８０、１０８６内に配 置される。 図２８に描かれた円錐形のチャンバ１０８０、１０８６もまた、チャンバの壁 がＬＥＤからの光を吸収しない高反射物質で被覆されている場合に有利である。 この円錐形は、ＬＥＤから光検出器へ該光エネルギーを反射する手助けをする。 これら全ての要素が組み合わさって、プローブの信号対ノイズ比を最大にし、且 つ受信された信号に対する動作アーチファクトの影響を最小にすることができる 特に有利なプローブを形成する。 図２８に図示されたプローブ１０７０の他の実施の形態において、要素が除去 されても大きな利益を得ることができることを理解されたい。例えば、検出器ア センブリ１０８４は、支持基板やチャンバのない単なるＬＥＤになっても光源ア センブリ１０７２と同じように維持されることができる。また、拡散媒体１０７ ８、１０８６は、光源アセンブリ１０７２内のチャンバ１０８０又は検出器アセ ンブリ１０８２内のチャンバ１０８６から除去されることができる。 当業者には、光を光検出器に向けるために集光レンズ、又は他の光学要素もま た本発明のいずれの光学プローブにおける該チャンバに追加されることができる ことが分かるであろう。当業者には更に、光検出器及びＬＥＤの位置が上記のプ ローブのいずれにおいても入れ替えることができることが分かるであろう。当業 者には、本発明の光学プローブの基板に形成された任意のチャンバの底部が、チ ャンバによってもたらされる動作アーチファクトの減少に影響を与えずに、露光 されたり、透明テープ等の物質によってカバーされたり、又は基板材料のシェル によってカバーされたりすることができることが分かるであろう。更に、当業者 には、光検出器及びＬＥＤの両方を該プローブの基板に取り付けることによって 本発明のプローブで反射測定を行うことができることが分かるであろう。また、 当業者には、１つ以上の信号が一度に測定できるように、複数のＬＥＤ又は光検 出器が該チャンバ内に取り付けられる、又は該物質に固定させることができるこ とが分かるであろう。更に、当業者には、検出器又はＬＥＤが内部に取り付けら れたチャンバを有する任意の材料によって、本発明に従って非侵入吸収（又は反 射）測定における動作アーチファクトの影響を減少させることが分かるであろう 。 本発明のプローブは、手の指、耳たぶ、唇、又は額に行われる測定を含むがこ れらに限定されない、透過された若しくは反射したエネルギーの測定が行われる 状況で使用されることを理解されたい。従って、プローブの形の変化、プローブ が製造される材料（硬い物質及び弾力のある物質を含む）の変化、及びチャンバ の形、寸法、及び位置の変化を含むがこれらに限定されない、多くの他の実施の 形態があることが当業者には分かるであろう。更に、チャンバはエネルギーを検 出器に方向付けるのを補助するために反射物質で全体的に、又は部分的に被覆さ れてもよい。更に、本発明のプローブは、他のタイプのエネルギーの測定で使用 されてもよい。測定で使用されるのに最も有利なエネルギーのタイプによって、 エネルギーのトランスミッタ又はレシーバのタイプは異なる。本発明は本発明の 精神又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態に具現化され得る 。上記の実施の形態は全ての点で限定的なものではなくて、例示的なものとして 考えるべきである。従って本発明の範囲は、先行する記述ではなくて添付された 請求の範囲によって示される。請求の範囲に等しい意味及び範囲内にあるあらゆ る変更は、この範囲に含まれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 キアニ−アザールベイジャニー、エスマイ エル アメリカ合衆国 92691 カリフォルニア 州 ミッション ビエッホ マデラ 23361 スイート 100 (72)発明者 レッパー、ジェイムス イー．ジュニア アメリカ合衆国 92691 カリフォルニア 州 ミッション ビエッホ マデラ 23361 スイート 100 【要約の続き】 された光学信号の信号対ノイズ比を改善するために使用 される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．エネルギーセンサであって、 分析される組織物質のための支持表面を有するハウジングを含み、 前記ハウジング支持表面上に画定された開口部の形で入口を有するチャンバを 含み、前記ハウジングが前記組織物質に隣接して配置されるときに前記組織物質 の第一部分が前記開口部をカバーして前記開口部の周りで前記支持表面によって 支持され、 前記チャンバ内に配置された光学拡散媒体の第一部分を含み、 光エネルギー源を含み、及び、 前記チャンバ内に配置された検出器を含み、前記開口部をカバーする前記組織 物質の前記部分が前記光学拡散媒体によって前記検出器から隔離されるように前 記チャンバ内に前記検出器が配置される、 エネルギーセンサ。 ２．前記ハウジングが組織物質の前記第一部分に隣接して配置されるとき、前 記光エネルギー源が前記チャンバの反対側に配置される、請求項１に記載のエネ ルギーセンサ。 ３．前記チャンバが円錐形になるように前記チャンバの壁が形成される、請求 項１に記載のエネルギーセンサ。 ４．前記チャンバが更に反射壁を含む、請求項３に記載のエネルギーセンサ。 ５．光学拡散媒体の前記第一部分が、組織物質の第一部分に接触したときに該 組織物質を大きく摂動しない順応性のある物質である、請求項１に記載のエネル ギーセンサ。 ６．光学拡散媒体の前記第一部分が網状フォームである、請求項５に記載のエ ネルギーセンサ。 ７．光学拡散物質の前記第一部分が網状ポリウレタンフォームである、請求項 ６に記載のエネルギーセンサ。 ８．前記光学拡散媒体が光学拡散ジェルである、請求項５に記載のエネルギー センサ。 ９．請求項１に記載のエネルギーセンサであって、更に、 分析される前記物質のための第二支持表面を有する第二ハウジングを含み、前 記第二ハウジングが前記物質に隣接して配置され、及び、 前記第二ハウジングの支持表面上に第二開口部の形態で入口を有する第二チャ ンバを含み、前記ハウジングが前記組織物質に隣接して配置され、前記組織物質 の第二部分が前記第二開口部をカバーして前記開口部の周りで前記支持表面によ って支持され、前記光エネルギー源が前記第二チャンバ内で前記支持表面から離 れて配置されており、前記距離は前記第二ハウジングが組織物質の前記第二部分 に隣接して配置される時に前記物質が前記光エネルギー源に接触しないように充 分な距離である、 請求項１に記載のエネルギーセンサ。 １０．前記第二チャンバ内で前記光エネルギー源と前記第二開口部との間に配置 された光学拡散媒体の第二部分を更に含む、請求項９に記載のエネルギーセンサ 。 １１．前記ハウジング支持表面上に画定された第二開口部の形態で入口を有する 第二チャンバを更に含み、前記光エネルギー源が前記第二チャンバ内に配置され る、 請求項１に記載のエネルギーセンサ。 １２．前記第二チャンバ内で前記エネルギー源と前記支持表面に画定された前記 開口部との間に配置された光学拡散媒体の第二部分を更に含む、請求項１１に記 載のエネルギーセンサ。 １３．光学拡散媒体の前記第二部分が圧縮可能である、請求項１２に記載のエネ ルギーセンサ。 １４．光学拡散媒体の前記第二部分が網状フォームである、請求項１２に記載の エネルギーセンサ。 １５．光学拡散媒体の前記第二部分が光学拡散ジェルを含む、請求項１２に記載 のエネルギーセンサ。 １６．前記拡散媒体が順応性のあるプラスチックを含む、請求項１２に記載のエ ネルギーセンサ。 １７．光学センサであって、 光エネルギー源を含み、 分析される組織物質に隣接して配置されるように適用された支持表面を有する ハウジングを有し、前記ハウジングが前記支持表面に開口部を画定するチャンバ を有し、 前記チャンバ内に光検出器を含み、該光検出器は前記支持表面の前記開口部か ら離間されており、及び、 前記チャンバ内で前記光検出器と前記開口部との間に配置された光学拡散媒体 を含む、 光学センサ。 １８．前記光学拡散媒体が網状フォームを含む、請求項１７に記載の光学センサ 。 １９．前記網状フォームが２．２ポンドのポリウレタン網状フォームを含む、請 求項１８に記載の光学センサ。 ２０．前記拡散媒体が光学拡散ジェルを含む、請求項１７に記載の光学センサ。 ２１．前記拡散媒体が順応性のあるプラスチックを含む、請求項１７に記載の光 学センサ。 ２２．光学センサであって、 光エネルギー源を含み、 光検出器を含み、 分析される物質に隣接して配置されるように適用された支持表面を有するハウ ジングを含み、前記ハウジングが前記支持表面に開口部を画定して前記支持表面 から延在するチャンバを有し、及び、 前記チャンバ内に配置された光学拡散媒体を含む、 光学センサ。 ２３．前記光学拡散媒体が前記光エネルギー源と前記開口部との間にあるように 、前記チャンバ内に前記光エネルギー源が配置される、請求項２２に記載の光学 センサ。 ２４．前記光学拡散媒体が前記光検出器と前記開口部との間に配置あるように前 記光検出器が前記チャンバ内に配置される、請求項２２に記載の光学センサ。 ２５．前記光エネルギー源が前記物質の前記頂部表面から３〜４ｍｍ支持された 発光ダイオードを含む、請求項２２に記載の光学センサ。 ２６．前記チャンバが前記光エネルギー源から前記開口部まで測った時に３〜４ ｍｍの深さである、請求項２３に記載の光学センサ。 ２７．前記チャンバが前記光検出器から前記開口部まで測ったときに３〜４ｍｍ の深さである、請求項２４に記載の光学センサ。 ２８．前記拡散媒体が網状フォームを含む、請求項２２に記載の光学センサ。 ２９．前記網状フォームが２．２ポンドのポリウレタン網状フォームを含む、請 求項２８に記載の光学センサ。 ３０．前記拡散媒体が光学拡散ジェルを含む、請求項２２に記載の光学センサ。 ３１．前記拡散媒体が順応性のあるプラスチックを含む、請求項２２に記載の光 学センサ。 ３２．光学センサであって、 光エネルギー源を含み、 光検出器を含み、 分析される物質に隣接して配置されるように適用された支持表面を有するハウ ジングを含み、前記ハウジングが前記支持表面に開口部を画定して前記支持表面 から延在するチャンバを有し、及び、 前記チャンバ内に配置された界浸レンズを含む、 光学センサ。 ３３．前記界浸レンズが前記光エネルギー源と前記開口部との間にくるように前 記光エネルギー源が前記チャンバ内に配置される、請求項３２に記載の光学セン サ。 ３４．前記光エネルギー源が半導体発光ダイオードであり、前記界浸レンズが前 記光エネルギー源をカバーするエポキシバンプである、請求項３３に記載の光学 センサ。 ３５．前記界浸レンズが前記光検出器に隣接し且つ前記光検出器と前記開口部と の間にくるように、前記光検出器が前記チャンバ内に配置される、請求項３２に 記載の光学センサ。 ３６．前記光エネルギー源が前記物質の前記頂部表面から３〜４ｍｍ支持された 発光ダイオードを含む、請求項３２に記載の光学センサ。 ３７．前記光エネルギー源から前記開口部まで測ったときに前記チャンバが３〜 ４ｍｍの深さである、請求項３３に記載の光学センサ。 ３８．前記光検出器から前記開口部まで測ったときに前記チャンバが３〜４ｍｍ の深さである、請求項３５に記載の光学センサ。 ３９．前記チャンバ内に配置された光学拡散媒体を更に含む、請求項３２に記載 の光学センサ。 ４０．前記網状フォームが２．２ポンドのポリウレタン網状フォームを含む、請 求項３９に記載の光学センサ。 ４１．前記拡散媒体が光学拡散ジェルを含む、請求項３９に記載の光学センサ。 ４２．前記拡散媒体が順応性のあるプラスチックを含む、請求項３９に記載の光 学センサ。 ４３．生体組織物質内の血液を分析するためのシステムであって、 分析される前記組織物質を受け取る支持表面を有するハウジングを含み、 前記ハウジングが前記組織物質に隣接して配置されるときに、前記組織物質の 一部が前記開口部をカバーし且つ前記開口部の周りで前記支持表面によって支持 されるように、前記ハウジング支持表面上に配置された開口部の形態で入口を有 するチャンバを含み、前記開口部をカバーする前記組織物質及び前記開口を通っ て前記チャンバ内に入る組織物質が実質的に圧縮されずに維持されるように、前 記チャンバの該開口部の口が前記開口部をカバーする圧縮可能組織が前記チャン バ内に入るように充分な幅を有し、 前記物質の該部分を通過して前記開口部を介して前記チャンバ内に入るエネル ギーを検出するために前記チャンバ内に配置された検出器を含み、前記開口部を 通って前記チャンバ内に入る前記組織物質が前記検出器から隔離されて実質的に 圧縮されずに維持されるように前記検出器が前記チャンバ内に配置され、 前記開口部を介して前記検出器及び前記チャンバと通信するエネルギー源を含 み、前記エネルギー源が前記物質を通って前記検出器まで透過するように構成さ れ、及び、 前記検出器に接続されたモニターを含み、前記モニターは前記検出器からの信 号に応答して前記生体組織内の血液要素の濃度を前記物質を通って前記検出器ま で通過したエネルギーの強度によって算出する、 血液分析システム。 ４４．前記エネルギー源が前記開口部の対向サイド且つ前記チャンバの外側に配 置される、請求項４３に記載のシステム。 ４５．前記モニターが分析される組織物質内の血液中の酸素飽和量を示すように 適用されたパルス酸素計である、請求項４３に記載のシステム。 ４６．前記エネルギー源が異なる周波数を有する少なくとも２つの出力信号を発 し、前記出力信号が前記検出器によって検出される前に変調される、請求項４５ に記載のシステム。 ４７．前記出力信号が異なる波長を有する２つの光学信号である、請求項４６に 記載のシステム。 ４８．前記光学信号が可視赤色及び赤外線スペクトルの波長をそれぞれ有する、 請求項４７に記載のシステム。 ４９．請求項４６に記載のシステムであって、前記パルス酸素計が、 前記検出器に接続された復調器を含み、該復調器は前記検出器によって検出さ れた変調信号を復調して前記光エネルギー源の２つの出力信号に対応する２つの 復調信号を形成するよう構成され、及び、 前記復調器に接続されたプロセッサを含み、前記プロセッサが前記２つの復調 信号の強度に応答して生体細胞の血液中の酸素飽和量を示す値を生成する、 請求項４６に記載のシステム。 ５０．請求項４９に記載のシステムであって、前記プロセッサが、 前記復調器に相互接続されて前記２つの復調信号を受信するよう構成されたデ ジタルコンバータへのアナログを含み、及び デジタルコンバータへの前記アナログに接続されたデジタルコンピュータを含 む、 請求項４９に記載のシステム。 ５１．前記パルス酸素計が前記エネルギー源のためのドライバを更に含み、前記 ドライバが前記デジタルコンピュータに接続された少なくとも入力端子と、及び 前記ドライバを介して前記デジタルコンピュータが前記エネルギー源からの２つ の出力信号を制御するように前記エネルギー源に接続された少なくとも１つの出 力端子を有する、請求項５０に記載のシステム。 ５２．前記プロセッサが前記復調器とデジタルコンバータへの前記アナログとの 間に接続されたマルチプレクサを更に含み、前記２つの復調信号をデジタル変換 器への前記アナログに一つずつ適用するのを制御する、請求項５０に記載のシス テム。 ５３．光源による生体肉体物質のトランス照射を介した光吸収及び光検出器によ る光の受信を感知するための装置であって、前記装置がプローブを含み、前記プ ローブは、 前記肉体物質を支持するための支持表面を有する基板を含み、 前記プローブが使用されるときに前記肉体物質が前記装置をカバーし且つ開口 部の周りで前記支持表面によって支持されるように前記基板表面上に該開口部の 形で入口を有するチャンバを含み、該チャンバをカバーする簡単に圧縮可能な肉 体物質が該開口部を通って該チャンバ内に入り、及び該肉体物質とチャンバとの 間の移動が該開口部の領域内において該肉体物質を実質的に邪魔しないように該 肉体物質が実質的に圧縮されない状態を維持するように、前記開口部が充分な幅 の直径を有し、 前記チャンバ内に配置された検出器を含み、前記検出器が前記肉体物質を通過 し前記開口を通って前記チャンバ内に入る光に応答し、前記検出器が前記開口部 をカバーする前記肉体物質が前記検出器と接触しないで前記肉体物質が実質的に 圧縮されないように離れるように前記チャンバ内で配置され、及び前記開口部を 通って該チャンバ内に入る肉体物質の前記部分のどの部分も圧縮されないように 前記チャンバが特定の幅及び深さを有し、及び、 前記肉体物質の前記部分に光を方向付けるための光源を含む、 装置。 ５４．前記検出器に接続されたパルス酸素計を含み、前記パルス酸素計が前記肉 体物質の前記部分を通過して前記検出器によって受信される光の強度に応答し、 生体肉体物質の血液中の酸素飽和量を算出する、請求項５３に記載の装置。 ５５．生体肉体物質によって減衰された電磁エネルギーを測定するためのシステ ムであって、前記システムは光学プローブを含み、該光学プローブは、 厚みのある基板を含み、前記基板は前記光学プローブが使用される位置に配置 されるときに前記肉体物質に隣接して配置され、 前記基板に開口部を含み、前記開口部は前記基板の厚みを通って実質的に延在 するチャンバにつながり、前記開口部及びチャンバは前記肉体物質の一部が圧縮 による肉体物質の大きな摂動なしにチャンバ内に入れるように充分な幅を有し、 前記チャンバは前記開口部を介して該チャンバ内に入る肉体物質のどの部分も実 質的に圧縮されないような特定の深さを有し、及び、 前記チャンバ内に配置された検出器を含み、該検出器は前記チャンバ内に入る 前記肉体物質の前記部分のどの部分からも離れており、前記検出器が前記肉体物 質を介して透過される電磁エネルギーを受信する、 電磁エネルギー測定システム。 ５６．前記光学プローブが前記チャンバの反対側に配置された発光ダイオードを 更に、含み、前記ダイオードが前記肉体物質を通って前記検出器に光エネルギー を透過させるように構成された、請求項５５に記載のシステム。 ５７．前記検出器に接続されたパルス酸素計を含み、該パルス酸素計は前記肉体 物質内を透過して前記検出器によって受信された電磁エネルギーの強度に応答し て該生体肉体物質の血液中の酸素飽和量を算出する、請求項５５に記載のシステ ム。 ５８．生体組織物質の血液中の酸素飽和量を算出するための方法であって、前記 方法が、 開口部を有するチャンバ上に前記組織物質を前記組織物質の一部が前記開口部 をカバーするように支持するステップを含み、前記チャンバは前記組織物質の圧 縮可能部分が該開口部をカバーする該組織物質を実質的に圧縮しないで前記チャ ンバ内に入るように充分な幅を有し、 前記チャンバの開口部をカバーする組織物質の該部分を通過する電磁エネルギ ーを検出するために前記チャンバ内に検出器を配置するステップを含み、前記検 出器は組織物質の前記部分及び前記チャンバに接触しないように配置され、 前記検出器に軸を揃えて前記チャンバの外に電磁エネルギー源を配置し、及び 前記チャンバの開口部分をカバーする組織物質の該部分を介して前記電磁エネル ギー源から前記検出器まで電磁エネルギーを透過するステップを含み、 前記チャンバの開口部分をカバーする組織物質の該部分を通って前記検出器ま で通過する電磁エネルギーの強度を検出するステップを含み、 前記検出器によって検出された電磁エネルギーの強度を算出するステップを含 み、及び、 電磁エネルギーの強度に応じて酸素飽和量を算出するステップを含む、 酸素飽和量計算方法。 ５９．異なる波長を有する少なくとも２つの光信号の形で前記エネルギー源から 電磁エネルギーを透過するステップを更に含む、請求項５８に記載の方法。 ６０．前記エネルギー源から前記２つの光信号のうち可視スペクトルの波長を有 する一方を透過し、前記光信号のうち赤外線スペクトルの波長を有するもう一方 を透過するステップを更に含む、請求項５９に記載の方法。 ６１．前記エネルギー源から前記検出器に透過された前記２つの光信号を変調す るステップと、及び、 前記検出器によって検出された２つの変調光信号を復調して、前記エネルギー 源によって透過された２つの光信号に対応する２つの復調信号を形成するステッ プと、 を更に含む、請求項６０に記載の方法。 ６２．前記２つの復調信号を前記検出器からデジタルコンピュータに供給し、前 記２つの復調信号の強度に応じて、組織物質の血液内の酸素飽和量を算出するス テップを更に含む、請求項６１に記載の方法。 ６３．マルチプレクサによって前記検出器からデジタル変換器へのアナログに前 記２つの復調信号を１つずつ供給するステップと、デジタルコンピュータへの前 記アナログ信号の出力を前記デジタルコンピュータに供給するステップとを更に 含む、請求項６２に記載の方法。