JPS6324143A - ヘモグロビン濃度測定装置とその測定方法 - Google Patents
ヘモグロビン濃度測定装置とその測定方法Info
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- JPS6324143A JPS6324143A JP27524986A JP27524986A JPS6324143A JP S6324143 A JPS6324143 A JP S6324143A JP 27524986 A JP27524986 A JP 27524986A JP 27524986 A JP27524986 A JP 27524986A JP S6324143 A JPS6324143 A JP S6324143A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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- 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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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
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は血液中のヘモグロビンの吸光特性（反射光特性
）を利用したヘモグロビンの濃度測定装置とその測定方
法に関するものである。
）を利用したヘモグロビンの濃度測定装置とその測定方
法に関するものである。
［従来の技術］
従来、へそグロビン濃度の測定は、まずサンプリングし
た血液を物理的または化学的に溶血させ、その血液をキ
ュベツト中に入れ、キュベツト中の血液に特定波長の光
を照射し、その透過光強度を測定して、ランバート・ベ
ールの法則を用いてヘモグロビン濃度を算出している。
た血液を物理的または化学的に溶血させ、その血液をキ
ュベツト中に入れ、キュベツト中の血液に特定波長の光
を照射し、その透過光強度を測定して、ランバート・ベ
ールの法則を用いてヘモグロビン濃度を算出している。
この方法では溶血させることが必須な為、生体内（ｉｎ
ｖｉｖｏ ）での測定へは応用できず、また連続的な
測定が困難であるという問題があった。
ｖｉｖｏ ）での測定へは応用できず、また連続的な
測定が困難であるという問題があった。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされ
たもので、ヘモグロビンの吸光特性（反射光特性）を利
用してヘモグロビン濃度の測定を溶血せずに行うことが
でき、ｉｎ ｖｉｖｏあるいはｉｎ ｖｉｔｒｏで
連続的に正確なヘモグロビン濃度の測定を行いつるヘモ
グロビン濃度測定装置とその測定方法を提供することを
目的とする。
たもので、ヘモグロビンの吸光特性（反射光特性）を利
用してヘモグロビン濃度の測定を溶血せずに行うことが
でき、ｉｎ ｖｉｖｏあるいはｉｎ ｖｉｔｒｏで
連続的に正確なヘモグロビン濃度の測定を行いつるヘモ
グロビン濃度測定装置とその測定方法を提供することを
目的とする。
［問題点を解決するための手段］
上記目的を達成するために本発明のヘモグロビン濃度測
定装置は以下の構成からなる。即ち、少なくとも２つの
異なる波長を有する発光源と、該発光源よりの光をサン
プル血液に照射し前記波長に対応した前記サンプル血液
からの反射光強度を検出する光強度検出手段と、相関関
数をもとに前記反射光強度よりヘモグロビン濃度を算出
する濃度算出手段とを備える。
定装置は以下の構成からなる。即ち、少なくとも２つの
異なる波長を有する発光源と、該発光源よりの光をサン
プル血液に照射し前記波長に対応した前記サンプル血液
からの反射光強度を検出する光強度検出手段と、相関関
数をもとに前記反射光強度よりヘモグロビン濃度を算出
する濃度算出手段とを備える。
また本発明のヘモグロビン濃度測定方法は以下の様な工
程からなる。即ち、 少なくとも２つの異なる波長を有する発光源よりの光を
サンプル血液に照射する工程と、前記サンプル血液から
の反射光を受光し、前記発光源に対応して反射光強度を
検出する工程と、前記反射光強度を基に相関関数を用い
てヘモグロビン濃度を算出する工程とを備える。
程からなる。即ち、 少なくとも２つの異なる波長を有する発光源よりの光を
サンプル血液に照射する工程と、前記サンプル血液から
の反射光を受光し、前記発光源に対応して反射光強度を
検出する工程と、前記反射光強度を基に相関関数を用い
てヘモグロビン濃度を算出する工程とを備える。
［作用］
以上の構成において、ヘモグロビン濃度測定装置は、少
なくとも２つの異なる波長を有する発光源よりの光をサ
ンプル血液に照射し、波長に対応したサンプル血液から
の反射光強度を検出する。
なくとも２つの異なる波長を有する発光源よりの光をサ
ンプル血液に照射し、波長に対応したサンプル血液から
の反射光強度を検出する。
この反射光強度と相関関数とによりヘモグロビン濃度を
算出するように動作する。
算出するように動作する。
またヘモグロビン濃度測定方法は、少なくとも２つの異
なる波長を有する発光源よりの光をサンプル血液に照射
し、波長に対応した反射光強度を検出する。この反射光
強度と相関関数を用いてヘモグロビン濃度を算出するこ
とにより達成される。
なる波長を有する発光源よりの光をサンプル血液に照射
し、波長に対応した反射光強度を検出する。この反射光
強度と相関関数を用いてヘモグロビン濃度を算出するこ
とにより達成される。
［実施例コ
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。
する。
血液の吸光（反射）特性は血液中の色素および粒子によ
る吸収、散乱によって変化するが、特に第４図（ａ）、
（ｂ）に示す様にヘモグロビンの酸素との結合状態およ
び照射波長によって大きく変化する。ここで、Ｈｂｒは
還元ヘモグロビン、Ｈｂ０２は酸素化ヘモグロビン、Ｈ
ｂＣＯは一酸化炭素ヘモグロビンである。
る吸収、散乱によって変化するが、特に第４図（ａ）、
（ｂ）に示す様にヘモグロビンの酸素との結合状態およ
び照射波長によって大きく変化する。ここで、Ｈｂｒは
還元ヘモグロビン、Ｈｂ０２は酸素化ヘモグロビン、Ｈ
ｂＣＯは一酸化炭素ヘモグロビンである。
第５図に波長７９５ｎｍでの反射光強度と酸素飽和度の
関係をヘモグロビン濃度を変化させてプロットしたもの
を示す。
関係をヘモグロビン濃度を変化させてプロットしたもの
を示す。
波長７９５ｎｍは第４図（ａ）（ｂ）から分る様に酸素
化ヘモグロビン（ＨｂＯ□）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ
ｒ）の吸光度がほぼ等しい（等吸収点）為、反射光強度
は酸素飽和度の変化にほとんど影響を受けずヘモグロビ
ン濃度の関数となる。
化ヘモグロビン（ＨｂＯ□）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ
ｒ）の吸光度がほぼ等しい（等吸収点）為、反射光強度
は酸素飽和度の変化にほとんど影響を受けずヘモグロビ
ン濃度の関数となる。
第６図には波長７９５ｎｍの光による、異なる４個体か
ら採血したサンプル血についての５回の実験結果を、酸
素飽和度を一定としてヘモグロビン濃度と反射光強度の
関係をプロットした。ここではヘモグロビン濃度の減少
に伴い、反射光強度は増加している。これらの関係につ
き、曲線回帰により基準相関関数を作成しておけば、反
射光強度の測定からヘモグロビン濃度を求めることがで
きる。
ら採血したサンプル血についての５回の実験結果を、酸
素飽和度を一定としてヘモグロビン濃度と反射光強度の
関係をプロットした。ここではヘモグロビン濃度の減少
に伴い、反射光強度は増加している。これらの関係につ
き、曲線回帰により基準相関関数を作成しておけば、反
射光強度の測定からヘモグロビン濃度を求めることがで
きる。
第６図の場合、２次の基準相関関数より求めたヘモグロ
ビン濃度の最大誤差は約１１％となった。これは赤血球
による光散乱が、個体差により若干具なる為である。従
って、さらに精度を高める為には個体間の散乱特性の違
いを補正すればよく、その為にはヘモグロビン濃度既知
の血液の反射光強度を測定し、前記基準相関関数から求
めた反射光強度との差を求め、前記基準相関関数を、そ
の差を０とする様に補正を加えた第２の基準相関関数を
作成し、これを用いてヘモグロビン濃度を求めればよい
。第６図につき、この様な補正を行った結果が第７図で
最大誤差は６．５％となり明らかに精度は向上した。
ビン濃度の最大誤差は約１１％となった。これは赤血球
による光散乱が、個体差により若干具なる為である。従
って、さらに精度を高める為には個体間の散乱特性の違
いを補正すればよく、その為にはヘモグロビン濃度既知
の血液の反射光強度を測定し、前記基準相関関数から求
めた反射光強度との差を求め、前記基準相関関数を、そ
の差を０とする様に補正を加えた第２の基準相関関数を
作成し、これを用いてヘモグロビン濃度を求めればよい
。第６図につき、この様な補正を行った結果が第７図で
最大誤差は６．５％となり明らかに精度は向上した。
更に、前記基準相関関数を作成するとき、精度向上の為
、酸素飽和度補正を加えた基準相関関数を作成すること
もできる。その場合は、ヘモグロビン濃度測定用の波長
と異なるもう１つ別の波長の反射光強度を測定し、前記
波長の反射光強度との比を算出し、酸素飽和度を求める
公知の方法を用いることができる。
、酸素飽和度補正を加えた基準相関関数を作成すること
もできる。その場合は、ヘモグロビン濃度測定用の波長
と異なるもう１つ別の波長の反射光強度を測定し、前記
波長の反射光強度との比を算出し、酸素飽和度を求める
公知の方法を用いることができる。
尚、第５図、第６図に示した反射光強度の測定は、予め
白色反射物を用いて反射光強度を所定の値に較正して行
った結果である。
白色反射物を用いて反射光強度を所定の値に較正して行
った結果である。
以上記した様に本発明の方法は血液中のヘモグロビンの
吸光特性（反射光特性）を利用してヘモグロビン濃度を
測定するものであり、サンプル血の溶血およびキュベツ
トを必要としない。従って、ｉｎ ｖｉｖｏ（生体内
）でも利用可能であり、また連続的な測定が可能である
。
吸光特性（反射光特性）を利用してヘモグロビン濃度を
測定するものであり、サンプル血の溶血およびキュベツ
トを必要としない。従って、ｉｎ ｖｉｖｏ（生体内
）でも利用可能であり、また連続的な測定が可能である
。
第１図（ａ）（ｂ）において、本発明の実施例による発
光源、照射手段、検出手段、回路手段および信号処理手
段の略図を示す。
光源、照射手段、検出手段、回路手段および信号処理手
段の略図を示す。
発光源は３つの発光ダイオード１１，１２．１３から成
り、パルス発生器１４より時間的に重ならない、所定の
間隔および所定の時間幅のパルスを発生させ、駆動回路
１５を通して交互に発光せられる。
り、パルス発生器１４より時間的に重ならない、所定の
間隔および所定の時間幅のパルスを発生させ、駆動回路
１５を通して交互に発光せられる。
照射手段の一実施例として第２図にその上面図、第３図
に正面図の部分断面を示す。
に正面図の部分断面を示す。
ガラスエポキシ類で表面に銅箔のパターンが描かれた円
形基板１７はＴｏ−５タイプのヘッダー１８上に接着固
定されている。発光ダイオード１１．１２．１３および
フォトダイオード１６は、導電性接着剤で基板１７の銅
箔上にフォトダイオード１６の中心と発光ダイオード１
１，１２゜１３各々の中心との距離が等しい位置に固定
される。金属端子１９より発光ダイオード１１，１２．
１３およびフォトダイオード１６の表面へワイヤボンデ
ィングが行われ、足２０と各々電気的接続がなされる。
形基板１７はＴｏ−５タイプのヘッダー１８上に接着固
定されている。発光ダイオード１１．１２．１３および
フォトダイオード１６は、導電性接着剤で基板１７の銅
箔上にフォトダイオード１６の中心と発光ダイオード１
１，１２゜１３各々の中心との距離が等しい位置に固定
される。金属端子１９より発光ダイオード１１，１２．
１３およびフォトダイオード１６の表面へワイヤボンデ
ィングが行われ、足２０と各々電気的接続がなされる。
フォトダイオード１６と発光ダイオード１１，１２．１
３の間には光学的絶縁板２１が固定されている。光学的
絶縁板２１の高さは筒２２とほぼ等しい。箇２２内には
電気的絶縁と内部保護の為、透明な樹脂が充填されてい
る。
３の間には光学的絶縁板２１が固定されている。光学的
絶縁板２１の高さは筒２２とほぼ等しい。箇２２内には
電気的絶縁と内部保護の為、透明な樹脂が充填されてい
る。
またその表面は光透過性を損なわぬ為および血液と接触
する時、凝固を生じぬ様、平滑に研摩されである。
する時、凝固を生じぬ様、平滑に研摩されである。
照射手段は筒２２の光の発受光面のみを露出させた状態
で種々なハウジングに固定され、体外循環回路を流れる
血液、および容器内のサンプル血液等のヘモグロビン濃
度の測定に供される。
で種々なハウジングに固定され、体外循環回路を流れる
血液、および容器内のサンプル血液等のヘモグロビン濃
度の測定に供される。
第２図、第３図の照射手段において、発光ダイオード１
１，１２．１３より放射された光は、血液中の赤血球に
よって吸収、散乱され、後方散乱光の一部はフォトダイ
オード１６に入る。検出手段は前記フォトダイオード１
６と検出増ＩＩＩ！ｉ器２３から成り、フォトダイオー
ド１６は光信号の強度に応じた電流を発生し、検出増幅
器２３で電圧信号に変換される。
１，１２．１３より放射された光は、血液中の赤血球に
よって吸収、散乱され、後方散乱光の一部はフォトダイ
オード１６に入る。検出手段は前記フォトダイオード１
６と検出増ＩＩＩ！ｉ器２３から成り、フォトダイオー
ド１６は光信号の強度に応じた電流を発生し、検出増幅
器２３で電圧信号に変換される。
検出増幅器２３の電圧信号を発光ダイオード１１．１２
．１３の発光波長に対応した信号に分離する回路手段は
、アナログスイッチ２４、コンデンサ２５，２６．２７
および緩衝増幅器２８，２９．３０より構成されている
。アナログスイッチ２４はＳ Ｗ １ 、 Ｓ Ｗ ２
、 Ｓ Ｗ ３の３個のスイッチを有し、パルス発生
器１４からの信号により各々のスイッチが“入”、“切
”される。いま、発光ダイオード１１が発光するとき、
パルス発生器１４からアナログスイッチ２４に信号が加
えられ、ＳＷＩのみが“入”となる。検出増幅器２３の
出力電圧信号はコンデンサ２５に加えられ、コンデンサ
２５の両端に平均的信号電圧を発生する。これは発光ダ
イオード１１の放射光がサンプル血液で後方散乱され、
フォトダイオード１６で受光した波長λｌの反射光強度
を示すものである。この平均信号電圧は緩衝増幅器２８
を通して連続的に出力され反射光強度信号１１となる。
．１３の発光波長に対応した信号に分離する回路手段は
、アナログスイッチ２４、コンデンサ２５，２６．２７
および緩衝増幅器２８，２９．３０より構成されている
。アナログスイッチ２４はＳ Ｗ １ 、 Ｓ Ｗ ２
、 Ｓ Ｗ ３の３個のスイッチを有し、パルス発生
器１４からの信号により各々のスイッチが“入”、“切
”される。いま、発光ダイオード１１が発光するとき、
パルス発生器１４からアナログスイッチ２４に信号が加
えられ、ＳＷＩのみが“入”となる。検出増幅器２３の
出力電圧信号はコンデンサ２５に加えられ、コンデンサ
２５の両端に平均的信号電圧を発生する。これは発光ダ
イオード１１の放射光がサンプル血液で後方散乱され、
フォトダイオード１６で受光した波長λｌの反射光強度
を示すものである。この平均信号電圧は緩衝増幅器２８
を通して連続的に出力され反射光強度信号１１となる。
同様に、発光ダイオード１２、アナログスイッチ２４の
ＳＷ２、コンデンサ２６、緩衝増幅器２９の組合せで同
様な動作を行い、発光ダイオード１２の波長λ２の反射
光強度信号工２を出力する。
ＳＷ２、コンデンサ２６、緩衝増幅器２９の組合せで同
様な動作を行い、発光ダイオード１２の波長λ２の反射
光強度信号工２を出力する。
全く同様に発光ダイオード１３、アナログスイッチ２４
のＳＷ３、コンデンサ２７、緩衝増幅器３０の組合せで
同様な動作を行い、発光ダイオード１３の波長λ３の反
射光強度信号Ｉ３を出力する。
のＳＷ３、コンデンサ２７、緩衝増幅器３０の組合せで
同様な動作を行い、発光ダイオード１３の波長λ３の反
射光強度信号Ｉ３を出力する。
次に波長λ１．λ２．λ３の反射光強度信号１１、Ｉ２
，１３はアナログ／デジタルコンバータ３１でデジタル
信号に変換され、信号処理手段に入力される。
，１３はアナログ／デジタルコンバータ３１でデジタル
信号に変換され、信号処理手段に入力される。
信号処理手段は酸素飽和度の信号処理手段及びヘモグロ
ビン濃度の信号処理手段の２手段から構成されるが、ま
ずアナログ／デジタルコンバータ３１の各々の波長の出
力信号は平均値演算部３２へ人力される。平均値演算部
３２は、所定時間内に記憶されたｎ個の信号値の平均値
を計算し出力するサイクルを繰り返す。次に平均値演算
部３２の出力は酸素飽和度の信号処理手段とヘモグロビ
ン濃度の信号処理手段へ入力される。
ビン濃度の信号処理手段の２手段から構成されるが、ま
ずアナログ／デジタルコンバータ３１の各々の波長の出
力信号は平均値演算部３２へ人力される。平均値演算部
３２は、所定時間内に記憶されたｎ個の信号値の平均値
を計算し出力するサイクルを繰り返す。次に平均値演算
部３２の出力は酸素飽和度の信号処理手段とヘモグロビ
ン濃度の信号処理手段へ入力される。
酸素飽和度の信号処理手段は、信号比演算部３３、酸素
飽和度演算部３４から構成される。信号比演算部３３で
は、反射光強度の平均値下］。
飽和度演算部３４から構成される。信号比演算部３３で
は、反射光強度の平均値下］。
Ｉ２．Ｉ３か６２つを選択し、その比を出力する。例え
ば、Ｉ ２ ／ Ｉ ｌ−または−１３／ Ｉ １であ
る。この結果は順次、酸素飽和度演算部３４に出力され
る。酸素飽和度演算部３４には、予め酸素飽和度と反射
光強度比の関係を表す関数式が記憶させてあり、信号比
演算部３３の出力を関数式へ代入し、酸素飽和度を演算
する。この結果は表示器３５によって表示される。
ば、Ｉ ２ ／ Ｉ ｌ−または−１３／ Ｉ １であ
る。この結果は順次、酸素飽和度演算部３４に出力され
る。酸素飽和度演算部３４には、予め酸素飽和度と反射
光強度比の関係を表す関数式が記憶させてあり、信号比
演算部３３の出力を関数式へ代入し、酸素飽和度を演算
する。この結果は表示器３５によって表示される。
ヘモグロビン濃度の信号処理手段は、反射光強度演算部
３６、ヘモグロビン濃度演算部３７から構成される。反
射光強度演算部３６はあらかじめ記憶させておいた反射
光強度とヘモグロビン濃度の関係を表す関数式により、
反射光強度演算部３６に入力されたヘモグロビン濃度か
ら反射光強度を演算して出力する。
３６、ヘモグロビン濃度演算部３７から構成される。反
射光強度演算部３６はあらかじめ記憶させておいた反射
光強度とヘモグロビン濃度の関係を表す関数式により、
反射光強度演算部３６に入力されたヘモグロビン濃度か
ら反射光強度を演算して出力する。
ヘモグロビン濃度演算部３７は、このとき平均値演算部
３２の反射光強度の複数出力のうちの１つの出力と反射
光強度演算部３６の出力とから、あらかじめ記憶してい
る反射光強度とヘモグロビン濃度との関係を示す関係式
を、この２つの出力信号の差を０にするよう補正する。
３２の反射光強度の複数出力のうちの１つの出力と反射
光強度演算部３６の出力とから、あらかじめ記憶してい
る反射光強度とヘモグロビン濃度との関係を示す関係式
を、この２つの出力信号の差を０にするよう補正する。
この補正された関数を用いてヘモグロビン濃度を演算し
出力する。ヘモグロビン濃度演算部３７の出力は表示器
３８で表示される。
出力する。ヘモグロビン濃度演算部３７の出力は表示器
３８で表示される。
なお本実施例におけるヘモグロビン濃度演算部３７で用
いる関数式は、 Ｈｂ （ｇ％）＝０．４４５Ｒ”−７，１４Ｒ＋３５．
７ ・・・（１） ここで、Ｒは波長７９５ｎｍの光に対する反射光強度で
ある。
いる関数式は、 Ｈｂ （ｇ％）＝０．４４５Ｒ”−７，１４Ｒ＋３５．
７ ・・・（１） ここで、Ｒは波長７９５ｎｍの光に対する反射光強度で
ある。
従って、反射光強度演算部３６で用いられる関数式は（
１）式の逆関数式により、ヘモグロビン濃度より反射光
強度を求めている。
１）式の逆関数式により、ヘモグロビン濃度より反射光
強度を求めている。
次に第８図の本実施例の動作を説明したフローチャート
に従って説明を行う。
に従って説明を行う。
まずステップＳ１でサンプル血液が筒２２に装着される
とステップＳ２に進み、第２図、第３図に示した照射手
段によって各発光ダイオードを順次駆動して血液を照射
し、その反射光強度を０回測定する。ステップＳ３では
各発光ダイオードの波長に対する光強度の平均値を求め
る。
とステップＳ２に進み、第２図、第３図に示した照射手
段によって各発光ダイオードを順次駆動して血液を照射
し、その反射光強度を０回測定する。ステップＳ３では
各発光ダイオードの波長に対する光強度の平均値を求め
る。
ステップＳ４では酸素飽和度かヘモグロビン濃度のいず
れを求めるかどうかをみる。酸素飽和度を求めるときは
ステップＳ５に進み、ステップＳ３で得られた反射光の
平均値の比を求め、該比より血液中の酸素飽和度を求め
る。ステップＳ６”？はステップＳ５で求められた酸素
飽和度を表示して出力する。
れを求めるかどうかをみる。酸素飽和度を求めるときは
ステップＳ５に進み、ステップＳ３で得られた反射光の
平均値の比を求め、該比より血液中の酸素飽和度を求め
る。ステップＳ６”？はステップＳ５で求められた酸素
飽和度を表示して出力する。
ステップＳ４でヘモグロビン濃度を求めるときはステッ
プＳ７に進み、既知のヘモグロビン濃度を有する血液の
反射光強度を算出する。ステップＳ８では、反射光強度
の平均値の少なくとも１つと、ステップＳ７で求めた反
射光強度とを比較し、それらがほぼ等しくなるように前
記平均値を補正するとともに、該補正値に基づいてヘモ
グロビン濃度を算出する。ステップＳ９でその結果を表
示器３８に表示する。
プＳ７に進み、既知のヘモグロビン濃度を有する血液の
反射光強度を算出する。ステップＳ８では、反射光強度
の平均値の少なくとも１つと、ステップＳ７で求めた反
射光強度とを比較し、それらがほぼ等しくなるように前
記平均値を補正するとともに、該補正値に基づいてヘモ
グロビン濃度を算出する。ステップＳ９でその結果を表
示器３８に表示する。
［発明の効果コ
以上述べた如（本発明によれば、ヘモグロビン濃度が正
確に測定できるという効果がある。
確に測定できるという効果がある。
また本発明によれば、複数波長を用いるだけでヘモグロ
ビン濃度の測定が信号の演算処理のみで求めることがで
きるという効果がある。
ビン濃度の測定が信号の演算処理のみで求めることがで
きるという効果がある。
また更に本発明によれば、サンプル血の溶血装首、キュ
ベツトを必要としない為、装置が簡便で小型化可能で製
造コストも廉価になるという効果がある。
ベツトを必要としない為、装置が簡便で小型化可能で製
造コストも廉価になるという効果がある。
さらにまた本発明によると、サンプル血の溶血およびキ
ュベツトを必要としないため、１ｎｖｉｔｒｏ、ｉｎ
ｖｉｖｏでの測定が可能であり、また連続測定が可能
になるという効果がある。
ュベツトを必要としないため、１ｎｖｉｔｒｏ、ｉｎ
ｖｉｖｏでの測定が可能であり、また連続測定が可能
になるという効果がある。
更に本発明によれば、ヘモグロビン濃度既知の血液を用
い、−点較正することにより、個体間の散乱特性差を補
正できるので、信号処理が簡単になるという効果がある
。
い、−点較正することにより、個体間の散乱特性差を補
正できるので、信号処理が簡単になるという効果がある
。
第１図（ａ）（ｂ）は本実施例の装置のブロック図、
第２図は照射手段の上面図、
第３図は照射手段の正面図の部分断面図、第４図（ａ）
（ｂ）は反射光強度と酸素飽和度との関係を示す図、 第５図はヘモグロビン酸素飽和度と反射光強度との関係
を示す図、 第６図はヘモグロビン濃度と反射光強度との関係を示す
図、 第７図はヘモグロビン濃度と補正された反射光強度との
関係を示す図、 第８図は本実施例の動作フローチャートである。 図中、１１〜１３・・・発光ダイオード、１４・・・パ
ルス発生器、１５・・・駆動回路、１６・・・フォトダ
イオード、２３・・・検出増幅器、２４・・・アナログ
スイッチ、２８〜３０・・・緩衝増幅器、３１・・・ア
ナログ／デジタルコンバータ、３２平均値演算部、３３
・・・信号比演算部、３４・・・酸素飽和度演算部、３
５．３８．４０・・・表示部、３６・・・ヘモグロビン
濃度演算部、３７・・・ヘモグロビン濃度較正部である
。 特許出願人 チル千株式会社 ・て？ｎ 代理人 弁理士 犬 塚 康 件１９、：、
−二 、′−１ ！ニー、−ニー−１，１−二１．２ 第１図 ３゜ 第４図 （ｂ） −皮畏 第５図 ヘモク゛０仁°゛ンう侵−七う２４９度第６図 及ヤ光３皇屓− 手 数な ネ山 正 １七 印発） 昭和６２年 ５月 ７日 特 許 庁 長 官 殿 １、事件の表示 特願昭６１−２７５２４９号 ２、発明の名称 ヘモグロビン濃度測定装ごとその測定方法３、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 テルモ株式会社 ４、代 理 人 〒１０５東京都港区虎ノ
門２−５−２１ ５、補正の対象 明細書全文、図面の第４図（ａ）（ｂ）、第５図及び第
８図 ６、補正の内容 （１）明細書全文を別紙の通りに訂正する。 （２）第４図（ａ）（ｂ）、第５図及び第８図を別紙の
通りに訂正する。 明 細 書 １、発明の名称 ヘモグロビン濃度測定装置とその測定方法２、特許請求
の範囲 （１）所定波長を有する発光源と、該発光源よりの光を
サンプル血液に照射し前記波長に対応した前記サンプル
血液からの反射光強度を検出する光強度検出手段と、相
関関数をもとに前記反射光強度よりヘモグロビン濃度を
算出する濃度算出手段とを備えたことを特徴とするヘモ
グロビン濃度測定装置。 （２）濃度算出手段はヘモグロビン濃度が既知の血液の
反射光強度を基に、相関関数を補正する補正手段を備え
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のヘモ
グロビン濃度測定装置。 （３）補正手段は既知のヘモグロビン濃度を有する血液
の反射光強度を逆相関関数により算出する手段を僅え、
算出された反射光強度と光強度検出手段により検出され
た反射光強度とを比較し１相関関数を補正するようにし
たことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のヘモ
グロビン濃度測定装置。 （４）所定波長を有する発光源よりの光をサンプル血液
に照射する工程と、前記サンプル血液からの反射光を受
光し、前記発光源に対応して反射光強度を検出する工程
と、前記反射光強度を基に相関関数を用いてヘモグロビ
ン濃度を算出する工程とを備えたことを特徴とするヘモ
グロビン濃度測定方法。 （５）既知のへそグロビン濃度を有する血液の反射光強
度を算出する工程と、前記血液の反射光強度とを基に相
関関数を補正する工程とを備えたことを特徴とする特許
請求の範囲第４項に記載のヘモグロビン濃度測定方法。 （６）発光源の波長として酸素化ヘモグロビンと還元ヘ
モグロビンの等吸収波長を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第４項に記載のヘモグロビン濃度測定方法。 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は血液中のヘモグロビンの吸光特性（反射光特性
）を利用したヘモグロビンの濃度測定装置とその測定方
法に関するものである。 ［従来の技術］ 従来、ヘモグロビン濃度の測定は、まずサンプリングし
た血液を物理的または化学的に溶血させ、その血液をキ
ュベツト中に入れ、キュベツト中の血液に特定波長の光
を照射し、その透過光強度を測定して、ランバート・ベ
ールの法則を用いてヘモグロビン濃度を算出している。 この方法では溶血させることが必須な為、生体内（ｉｎ
ｖｉｖｏ ）での測定へは応用できず、また連続的な
測定が困難であるという問題があった。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされ
たもので、ヘモグロビンの吸光特性（反射光特性）を利
用してヘモグロビン濃度の測定を溶血せずに行うことが
でき、ｉｎ ｖｉｖｏあるいはｉｎ ｖｉｊｒｏで連続
的に正確なヘモグロビン濃度の測定を行いつるヘモグロ
ビン濃度測定装置とその測定方法を提供することを目的
とする。 ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明のヘモグロビン濃度測
定装置は以下の構成からなる。即ち、所定波長を有する
発光源と、該発光源よりの光をサンプル血液に照射し前
記波長に対応した前記サンプル血液からの反射光強度を
検出する光強度検出手段と、相関関数をもとに前記反射
光強度よりヘモグロビン濃度を算出する濃度算出手段と
を備える。 また本発明のヘモグロビン濃度測定方法は以下の様な工
程からなる。即ち、 所定波長を有する発光源よりの光をサンプル血液に照射
する工程と、前記サンプル血液からの反射光を受光し、
前記発光源に対応して反射光強度を検出する工程と、前
記反射光強度を基に相関関数を用いてヘモグロビン濃度
を算出する工程とを備える。 ［作用コ 以上の構成において、ヘモグロビン濃度測定装置は、所
定波長を有する発光源よりの光をサンプル血液に照射し
、サンプル血液からの反射光強度を検出する。この反射
光強度と相関関数とによりヘモグロビン濃度を算出する
ように動作する。 またヘモグロビン濃度測定方法は、所定波長へ有する発
光源よりの光をサンプル血液に照射し、波長に対応した
反射光強度を検出する。この反射光強度と相関関数を用
いてヘモグロビン濃度を算出することにより達成される
。 ［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。 血液の吸光（反射）特性は血液中の色素および粒子によ
る吸収、散乱によって変化するが、特に第４図（ａ）（
ｂ）に示す様にヘモグロビンの酸素との結合状態および
照射波長によって大きく変化する。ここで、Ｈｂｒは還
元ヘモグロビン、ＨｂＯ，は酸素化ヘモグロビン、Ｈｂ
ＣＯは一酸化炭素ヘモグロビンである。 第５図に波長７９５ｎｍでの反射光強度と酸素飽和度の
関係をヘモグロビン濃度を変化させてプロットしたもの
を示す。 波長７９５ｎｍは第４図（ａ）（ｂ）から分る様に酸素
化ヘモグロビン（ＨｂＯ□）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ
ｒ）の吸光度がほぼ等しい（等吸収点）為、反射光強度
は酸素飽和度の変化にほとんど影響を受けずヘモグロビ
ン濃度の関数となる。 第６図には波長７９５ｎｍの光による、異なる４個体か
ら採血したサンプル血についての５回の実験結果を、酸
素飽和度を一定としてヘモグロビン濃度と反射光強度の
関係をプロットした。ここではヘモグロビン濃度の減少
に伴い、反射光強度は増加している。これらの関係につ
き、曲線回帰により基準相関関数を作成しておけば、反
射光強度の測定からヘモグロビン濃度を求めることがで
きる。 第６図の場合、２次の基準相関関数より求めたヘモグロ
ビン濃度の最大誤差は約１１％となった。これは赤血球
による光散乱が、個体差により若干具なる為である。従
って、さらに精度を高める為には個体間の散乱特性の違
いを補正すればよく、その為にはヘモグロビン濃度既知
の血液の反射光強度を測定し、前記基準相関関数から求
めた反射光強度との差を求め、前記基準相関関数を、そ
の差を０とする様に補正を加えた第２の基準相関関数を
作成し、これを用いてヘモグロビン濃度を求めればよい
。第６図につき、この様な補正を行った結果が第７図で
最大誤差は６．５％となり明らかに精度は向上した。 更に、前記基準相関関数を作成するとき、精度向上の為
、酸素飽和度補正を加えた基準相関関数を作成すること
もできる。その場合は、ヘモグロビン濃度測定用の波長
と異なるもう１つ別の波長の反射光強度を測定し、前記
波長の反射光強度との比を算出し、酸素飽和度を求める
公知の方法を用いることができる。 尚、第５図、第６図に示した反射光強度の測定は、予め
白色反射物を用いて反射光強度を所定の値に較正して行
った結果である。 以上記した様に本発明の方法は血液中のヘモグロビンの
吸光特性（反射光特性）を利用してヘモグロビン濃度を
測定するものであり、サンプル血の溶血およびキュベツ
トを必要としない。従って、ｉｎ ｖｉｖｏ （生体
内）でも利用可能であり、また連続的な測定が可能であ
る。 第１図（ａ）（ｂ）において、本発明の実施例による発
光源、照射手段、検出手段、回路手段および信号処理手
段の略図を示す。 発光源は３つの発光ダイオード１１，１２．１３から成
り、パルス発生器１４より時間的に重ならない、所定の
間隔および所定の時間幅のパルスを発生させ、駆動回路
１５を通して交互に発光せられる。 照射手段の一実施例として第２図にその上面図、第３図
に正面図の部分断面を示す。 ガラスエポキシ製で表面に銅箔のパターンが描かれた円
形基板１７はＴＯ−５タイプのヘッダー１８上に接着固
定されている。発光ダイオード１１．１２．１３および
フォトダイオード１６は、導電性接着剤で基板１７の銅
箔上にフォトダイオード１６の中心と発光ダイオード１
１，１２゜１３各々の中心との距離が等しい位置に固定
される。金属端子１９より発光ダイオード１１．１２．
１３およびフォトダイオード１６の表面へワイヤボンデ
ィングが行われ、足２０と各々電気的接続がなされる。 フォトダイオード１６と発光ダイオード１１，１２．１
３の間には光学的絶縁板２１が固定されている。光学的
絶縁板２１の高さは筒２２とほぼ等しい。筒２２内には
電気的絶縁と内部保護の為、透明な樹脂が充填されてい
る。 またその表面は光透過性を損なわぬ為および血液と接触
する時、凝固を生じぬ様、平滑に研摩されである。 照射手段は筒２２の光の発受光面のみを露出させた状態
で種々なハウジングに固定され、体外循環回路を流れる
血液、および容器内のサンプル血液等のヘモグロビン濃
度の測定に供される。 第２図、第３図の照射手段において、発光ダイオード１
１，１２．１３より放射された光は、血液中の赤血球に
よって吸収、散乱され、後方散乱光の一部はフォトダイ
オード１６に入る。検出手段は前記フォトダイオード１
６と検出増幅器２３から成り、フォトダイオード１６は
光信号の強度に応じた電流を発生し、検出増幅器２３で
電圧信号に変換される。 検出増幅器２３の電圧信号を発光ダイオード１１．１２
．１３の発光波長に対応した信号に分離する回路手段は
、アナログスイッチ２４、コンデンサ２５，２６．２７
および緩衝増幅器２８，２９．３０より構成されている
。アナログスイッチ２４はＳＷＩ、ＳＷ２．ＳＷ３の３
個のスイッチを有し、パルス発生器１４からの信号によ
り各々のスイッチが“入°°、“切”される。いま、発
光ダイオード１１が発光するとき、パルス発生器１４か
らアナログスイッチ２４に信号が加えられ、ＳＷｌのみ
が゛入パとなる。検出増幅器２３の出力電圧信号はコン
デンサ２５に加えられ、コンデンサ２５の両端に平均的
信号電圧を発生する。これは発光ダイオード１１の放射
光がサンプル血液で後方散乱され、フォトダイオード１
６で受光した波長λ１の反射光強度を示すものである。 この平均信号電圧は緩衝増幅器２８を通して連続的に出
力され反射光強度信号１１となる。 同様に、発光ダイオード１２、アナログスイッチ２４の
ＳＷ２、コンデンサ２６、緩衝増幅器２９の組合せで同
様な動作を行い、発光ダイオード１２の波長λ２の反射
光強度信号■２を出力する。 全く同様に発光ダイオード１３、アナログスイッチ２４
のＳＷ３、コンデンサ２７、緩衝増幅器３０の組合せで
同様な動作を行い、発光ダイオード１３の波長λ３の反
射光強度信号Ｉ３を出力する。 次に波長λ１．λ２．λ３の反射光強度信号ＩＬ、Ｉｚ
、１３はアナログ／デジタルコンバータ３１でデジタル
信号に変換され、信号ＩＡ埋千手段人力される。 信号処理手段は酸素飽和度の信号処理手段及びヘモグロ
ビン濃度の信号処理手段の２手段から構成されるが、ま
ずアナログ／デジタルコンバータ３１の各々の波長の出
力信号は平均値演算部３２へ入力される。平均値演算部
３２は、所定時間内に記憶されたｎ個の信号値の平均値
を計算し出力するサイクルを繰り返す。次に平均値演算
部３２の出力は酸素飽和度の信号処理手段とヘモグロビ
ン濃度の信号処理手段へ入力される。 酸素飽和度の信号処理手段は、信号比演算部３３、酸素
飽和度演算部３４から構成される。信号比演算部３３で
は、反射光強度の平均値Ｉ！。 Ｉ２，１３から２つを選択し、その比を出力する。例え
ば、Ｉ ２ ／ Ｉ ｌまたはＩ ３ ／ Ｉ １であ
る。この結果は順次、酸素飽和度演算部３４ ！Ｑ：
ＨＸ力される。酸素飽和度演算部３４には、予め酸素飽
和度と反射光強度比の関係を表す関数式が記憶させてあ
り、信号比演算部３３の出力を関数式へ代入し、酸素飽
和度を演算する。この結果は表示器３５によって表示さ
れる。 ヘモグロビン濃度の信号処理手段は、反射光強度演算部
３６、ヘモグロビン濃度演算部３７から構成される。反
射光強度演算部３６はあらかじめ記憶させておいた反射
光強度とヘモグロビン濃度の関係を表す関数式により、
反射光強度演算部３６に人力されたヘモグロビン濃度か
ら反射光強度を演算して出力する。 ヘモグロビン濃度演算部３７は、このとき平均値演算部
３２の反射光強度の複数出力のうちの１つの出力と反射
光強度演算部３６の出力とから、あらかじめ記憶してい
る反射光強度とヘモグロビン濃度との関係を示す関係式
を、この２つの出力信号の差を“０”にするよう補正す
る。この補正された関数を用いてヘモグロビン濃度を演
算し出力する。ヘモグロビン濃度演算部３７の出力は表
示器３８で表示される。 なお本実施例におけるヘモグロビン濃度演算部３７で用
いる関数式は、 Ｈｂ（ｇ％）＝０．４４５Ｒ’−７，１４Ｒ＋３５．７
・・・（１） ここで、Ｒは波長７９５ｎｍの光に対する反則光強度で
ある。 従って、反射光強度演算部３６で用いられる関数式は（
１）式の逆関数式により、ヘモグロビン濃度より反射光
強度を求めている。 次に第８図の本実施例の動作を説明したフローチャート
に従って説明を行う。 まずステップＳ１で第２図、第３図に示した照射手段に
よ°つて各発光ダイオードを順次駆動して血液を照射し
、その反射光強度をｎ回測定する。 次にステップＳ２で各発光ダイオードの波長に対する反
射光強度の平均値を求める。 ステップＳ３ではヘモグロビン濃度を求めるための、予
め記憶されているヘモグロビン濃度と反射光強度との関
係式を補正するかどうかを判断する。関係式を補正する
ときはステップＳ４に進み、ステップＳ２で求めた反射
光強度の平均値と、ヘモグロビン濃度を求めるための関
係式の逆Ｉ′！５１１１．により算出される既知のヘモ
グロビン濃度に対する反射光強度との差により、前記関
係式な補正して再度記憶する。 ステップＳ５では、少なくとも１つの反射光強度から、
関係式を用いてヘモグロビン濃度を算出して、ステップ
Ｓ６でその結果を表示する。尚、ステップＳ３で関係式
の補正を行わないときは、ステップＳ５で既に記憶され
ている関係式を用いてヘモグロビン濃度を算出する。 ［発明の効果コ 以上述べた如に本発明によれば、ヘモグロビン濃度が正
確に測定できるという効果がある。 また本発明によれば、所定波長を用いるだけでヘモグロ
ビン濃度の測定が信号の演算処理のみで求めることがで
きるという効果がある。 また更に本発明によれば、サンプル血の溶血装置、キュ
ベツトを必要としない為、装置が簡便で小型化可能で製
造コストも廉価になるという効果がある。 さらにまた本発明によると、サンプル血の溶血およびキ
ュベツトを必要としないため、ｉｎ ｖｉｔｒ。 ｉｎ ｖｉｖｏでの測定が可能であり、また連続測定が
可能になるという効果がある。 更に本発明によれば、ヘモグロビン濃度が既知の血液を
用い、−点較正することにより、個体間の散乱特性差を
補正できるので、信号処理が簡単になるという効果があ
る。 ４、図面の簡単な説明 第１図（ａ）（ｂ）は本実施例の装置のブロフク図、 第２図は照射手段の上面図、 第３図は照射手段の正面図の部分断面図、第４図（ａ）
（ｂ）は吸光係数と波長との関係を示す図、 第５図はヘモグロビン酸素飽和度と反射光強度との関係
を示す図、 第６図はヘモグロビン濃度と反射光強度どの関係を示す
図、 第７図はヘモグロビン濃度と補正された反射光強度との
関係を示す図、 第８図は本実施例のヘモグロビン濃度を求める処工里の
フローチャートである。 図中、１１〜１３・・・発光ダイオード、１４・・・パ
ルス発生器、１５・・・駆動回路、１６・・・フォトダ
イオード、２３・・・検出増幅器、２４・・・アナログ
スイッチ、２８〜３０・・・緩衝増幅器、３１・・・ア
ナログ７′デジタルコンバータ、３２平均値演算部、３
３・・・信号比演算部、３４・・・酸素飽和度演算部、
３５．３８．４０・・・表示部、３６・・・ヘモグロビ
ン濃度ン寅算部、３７・・・ヘモグロビン濃度較正部で
ある。 特許出願人 テルモ株式会社 第４図 （ｂ） う＆長 第５図 ヘモγＯご゛ン感千りざ牙ｑダ
（ｂ）は反射光強度と酸素飽和度との関係を示す図、 第５図はヘモグロビン酸素飽和度と反射光強度との関係
を示す図、 第６図はヘモグロビン濃度と反射光強度との関係を示す
図、 第７図はヘモグロビン濃度と補正された反射光強度との
関係を示す図、 第８図は本実施例の動作フローチャートである。 図中、１１〜１３・・・発光ダイオード、１４・・・パ
ルス発生器、１５・・・駆動回路、１６・・・フォトダ
イオード、２３・・・検出増幅器、２４・・・アナログ
スイッチ、２８〜３０・・・緩衝増幅器、３１・・・ア
ナログ／デジタルコンバータ、３２平均値演算部、３３
・・・信号比演算部、３４・・・酸素飽和度演算部、３
５．３８．４０・・・表示部、３６・・・ヘモグロビン
濃度演算部、３７・・・ヘモグロビン濃度較正部である
。 特許出願人 チル千株式会社 ・て？ｎ 代理人 弁理士 犬 塚 康 件１９、：、
−二 、′−１ ！ニー、−ニー−１，１−二１．２ 第１図 ３゜ 第４図 （ｂ） −皮畏 第５図 ヘモク゛０仁°゛ンう侵−七う２４９度第６図 及ヤ光３皇屓− 手 数な ネ山 正 １七 印発） 昭和６２年 ５月 ７日 特 許 庁 長 官 殿 １、事件の表示 特願昭６１−２７５２４９号 ２、発明の名称 ヘモグロビン濃度測定装ごとその測定方法３、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 テルモ株式会社 ４、代 理 人 〒１０５東京都港区虎ノ
門２−５−２１ ５、補正の対象 明細書全文、図面の第４図（ａ）（ｂ）、第５図及び第
８図 ６、補正の内容 （１）明細書全文を別紙の通りに訂正する。 （２）第４図（ａ）（ｂ）、第５図及び第８図を別紙の
通りに訂正する。 明 細 書 １、発明の名称 ヘモグロビン濃度測定装置とその測定方法２、特許請求
の範囲 （１）所定波長を有する発光源と、該発光源よりの光を
サンプル血液に照射し前記波長に対応した前記サンプル
血液からの反射光強度を検出する光強度検出手段と、相
関関数をもとに前記反射光強度よりヘモグロビン濃度を
算出する濃度算出手段とを備えたことを特徴とするヘモ
グロビン濃度測定装置。 （２）濃度算出手段はヘモグロビン濃度が既知の血液の
反射光強度を基に、相関関数を補正する補正手段を備え
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のヘモ
グロビン濃度測定装置。 （３）補正手段は既知のヘモグロビン濃度を有する血液
の反射光強度を逆相関関数により算出する手段を僅え、
算出された反射光強度と光強度検出手段により検出され
た反射光強度とを比較し１相関関数を補正するようにし
たことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のヘモ
グロビン濃度測定装置。 （４）所定波長を有する発光源よりの光をサンプル血液
に照射する工程と、前記サンプル血液からの反射光を受
光し、前記発光源に対応して反射光強度を検出する工程
と、前記反射光強度を基に相関関数を用いてヘモグロビ
ン濃度を算出する工程とを備えたことを特徴とするヘモ
グロビン濃度測定方法。 （５）既知のへそグロビン濃度を有する血液の反射光強
度を算出する工程と、前記血液の反射光強度とを基に相
関関数を補正する工程とを備えたことを特徴とする特許
請求の範囲第４項に記載のヘモグロビン濃度測定方法。 （６）発光源の波長として酸素化ヘモグロビンと還元ヘ
モグロビンの等吸収波長を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第４項に記載のヘモグロビン濃度測定方法。 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は血液中のヘモグロビンの吸光特性（反射光特性
）を利用したヘモグロビンの濃度測定装置とその測定方
法に関するものである。 ［従来の技術］ 従来、ヘモグロビン濃度の測定は、まずサンプリングし
た血液を物理的または化学的に溶血させ、その血液をキ
ュベツト中に入れ、キュベツト中の血液に特定波長の光
を照射し、その透過光強度を測定して、ランバート・ベ
ールの法則を用いてヘモグロビン濃度を算出している。 この方法では溶血させることが必須な為、生体内（ｉｎ
ｖｉｖｏ ）での測定へは応用できず、また連続的な
測定が困難であるという問題があった。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされ
たもので、ヘモグロビンの吸光特性（反射光特性）を利
用してヘモグロビン濃度の測定を溶血せずに行うことが
でき、ｉｎ ｖｉｖｏあるいはｉｎ ｖｉｊｒｏで連続
的に正確なヘモグロビン濃度の測定を行いつるヘモグロ
ビン濃度測定装置とその測定方法を提供することを目的
とする。 ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明のヘモグロビン濃度測
定装置は以下の構成からなる。即ち、所定波長を有する
発光源と、該発光源よりの光をサンプル血液に照射し前
記波長に対応した前記サンプル血液からの反射光強度を
検出する光強度検出手段と、相関関数をもとに前記反射
光強度よりヘモグロビン濃度を算出する濃度算出手段と
を備える。 また本発明のヘモグロビン濃度測定方法は以下の様な工
程からなる。即ち、 所定波長を有する発光源よりの光をサンプル血液に照射
する工程と、前記サンプル血液からの反射光を受光し、
前記発光源に対応して反射光強度を検出する工程と、前
記反射光強度を基に相関関数を用いてヘモグロビン濃度
を算出する工程とを備える。 ［作用コ 以上の構成において、ヘモグロビン濃度測定装置は、所
定波長を有する発光源よりの光をサンプル血液に照射し
、サンプル血液からの反射光強度を検出する。この反射
光強度と相関関数とによりヘモグロビン濃度を算出する
ように動作する。 またヘモグロビン濃度測定方法は、所定波長へ有する発
光源よりの光をサンプル血液に照射し、波長に対応した
反射光強度を検出する。この反射光強度と相関関数を用
いてヘモグロビン濃度を算出することにより達成される
。 ［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。 血液の吸光（反射）特性は血液中の色素および粒子によ
る吸収、散乱によって変化するが、特に第４図（ａ）（
ｂ）に示す様にヘモグロビンの酸素との結合状態および
照射波長によって大きく変化する。ここで、Ｈｂｒは還
元ヘモグロビン、ＨｂＯ，は酸素化ヘモグロビン、Ｈｂ
ＣＯは一酸化炭素ヘモグロビンである。 第５図に波長７９５ｎｍでの反射光強度と酸素飽和度の
関係をヘモグロビン濃度を変化させてプロットしたもの
を示す。 波長７９５ｎｍは第４図（ａ）（ｂ）から分る様に酸素
化ヘモグロビン（ＨｂＯ□）と還元ヘモグロビン（Ｈｂ
ｒ）の吸光度がほぼ等しい（等吸収点）為、反射光強度
は酸素飽和度の変化にほとんど影響を受けずヘモグロビ
ン濃度の関数となる。 第６図には波長７９５ｎｍの光による、異なる４個体か
ら採血したサンプル血についての５回の実験結果を、酸
素飽和度を一定としてヘモグロビン濃度と反射光強度の
関係をプロットした。ここではヘモグロビン濃度の減少
に伴い、反射光強度は増加している。これらの関係につ
き、曲線回帰により基準相関関数を作成しておけば、反
射光強度の測定からヘモグロビン濃度を求めることがで
きる。 第６図の場合、２次の基準相関関数より求めたヘモグロ
ビン濃度の最大誤差は約１１％となった。これは赤血球
による光散乱が、個体差により若干具なる為である。従
って、さらに精度を高める為には個体間の散乱特性の違
いを補正すればよく、その為にはヘモグロビン濃度既知
の血液の反射光強度を測定し、前記基準相関関数から求
めた反射光強度との差を求め、前記基準相関関数を、そ
の差を０とする様に補正を加えた第２の基準相関関数を
作成し、これを用いてヘモグロビン濃度を求めればよい
。第６図につき、この様な補正を行った結果が第７図で
最大誤差は６．５％となり明らかに精度は向上した。 更に、前記基準相関関数を作成するとき、精度向上の為
、酸素飽和度補正を加えた基準相関関数を作成すること
もできる。その場合は、ヘモグロビン濃度測定用の波長
と異なるもう１つ別の波長の反射光強度を測定し、前記
波長の反射光強度との比を算出し、酸素飽和度を求める
公知の方法を用いることができる。 尚、第５図、第６図に示した反射光強度の測定は、予め
白色反射物を用いて反射光強度を所定の値に較正して行
った結果である。 以上記した様に本発明の方法は血液中のヘモグロビンの
吸光特性（反射光特性）を利用してヘモグロビン濃度を
測定するものであり、サンプル血の溶血およびキュベツ
トを必要としない。従って、ｉｎ ｖｉｖｏ （生体
内）でも利用可能であり、また連続的な測定が可能であ
る。 第１図（ａ）（ｂ）において、本発明の実施例による発
光源、照射手段、検出手段、回路手段および信号処理手
段の略図を示す。 発光源は３つの発光ダイオード１１，１２．１３から成
り、パルス発生器１４より時間的に重ならない、所定の
間隔および所定の時間幅のパルスを発生させ、駆動回路
１５を通して交互に発光せられる。 照射手段の一実施例として第２図にその上面図、第３図
に正面図の部分断面を示す。 ガラスエポキシ製で表面に銅箔のパターンが描かれた円
形基板１７はＴＯ−５タイプのヘッダー１８上に接着固
定されている。発光ダイオード１１．１２．１３および
フォトダイオード１６は、導電性接着剤で基板１７の銅
箔上にフォトダイオード１６の中心と発光ダイオード１
１，１２゜１３各々の中心との距離が等しい位置に固定
される。金属端子１９より発光ダイオード１１．１２．
１３およびフォトダイオード１６の表面へワイヤボンデ
ィングが行われ、足２０と各々電気的接続がなされる。 フォトダイオード１６と発光ダイオード１１，１２．１
３の間には光学的絶縁板２１が固定されている。光学的
絶縁板２１の高さは筒２２とほぼ等しい。筒２２内には
電気的絶縁と内部保護の為、透明な樹脂が充填されてい
る。 またその表面は光透過性を損なわぬ為および血液と接触
する時、凝固を生じぬ様、平滑に研摩されである。 照射手段は筒２２の光の発受光面のみを露出させた状態
で種々なハウジングに固定され、体外循環回路を流れる
血液、および容器内のサンプル血液等のヘモグロビン濃
度の測定に供される。 第２図、第３図の照射手段において、発光ダイオード１
１，１２．１３より放射された光は、血液中の赤血球に
よって吸収、散乱され、後方散乱光の一部はフォトダイ
オード１６に入る。検出手段は前記フォトダイオード１
６と検出増幅器２３から成り、フォトダイオード１６は
光信号の強度に応じた電流を発生し、検出増幅器２３で
電圧信号に変換される。 検出増幅器２３の電圧信号を発光ダイオード１１．１２
．１３の発光波長に対応した信号に分離する回路手段は
、アナログスイッチ２４、コンデンサ２５，２６．２７
および緩衝増幅器２８，２９．３０より構成されている
。アナログスイッチ２４はＳＷＩ、ＳＷ２．ＳＷ３の３
個のスイッチを有し、パルス発生器１４からの信号によ
り各々のスイッチが“入°°、“切”される。いま、発
光ダイオード１１が発光するとき、パルス発生器１４か
らアナログスイッチ２４に信号が加えられ、ＳＷｌのみ
が゛入パとなる。検出増幅器２３の出力電圧信号はコン
デンサ２５に加えられ、コンデンサ２５の両端に平均的
信号電圧を発生する。これは発光ダイオード１１の放射
光がサンプル血液で後方散乱され、フォトダイオード１
６で受光した波長λ１の反射光強度を示すものである。 この平均信号電圧は緩衝増幅器２８を通して連続的に出
力され反射光強度信号１１となる。 同様に、発光ダイオード１２、アナログスイッチ２４の
ＳＷ２、コンデンサ２６、緩衝増幅器２９の組合せで同
様な動作を行い、発光ダイオード１２の波長λ２の反射
光強度信号■２を出力する。 全く同様に発光ダイオード１３、アナログスイッチ２４
のＳＷ３、コンデンサ２７、緩衝増幅器３０の組合せで
同様な動作を行い、発光ダイオード１３の波長λ３の反
射光強度信号Ｉ３を出力する。 次に波長λ１．λ２．λ３の反射光強度信号ＩＬ、Ｉｚ
、１３はアナログ／デジタルコンバータ３１でデジタル
信号に変換され、信号ＩＡ埋千手段人力される。 信号処理手段は酸素飽和度の信号処理手段及びヘモグロ
ビン濃度の信号処理手段の２手段から構成されるが、ま
ずアナログ／デジタルコンバータ３１の各々の波長の出
力信号は平均値演算部３２へ入力される。平均値演算部
３２は、所定時間内に記憶されたｎ個の信号値の平均値
を計算し出力するサイクルを繰り返す。次に平均値演算
部３２の出力は酸素飽和度の信号処理手段とヘモグロビ
ン濃度の信号処理手段へ入力される。 酸素飽和度の信号処理手段は、信号比演算部３３、酸素
飽和度演算部３４から構成される。信号比演算部３３で
は、反射光強度の平均値Ｉ！。 Ｉ２，１３から２つを選択し、その比を出力する。例え
ば、Ｉ ２ ／ Ｉ ｌまたはＩ ３ ／ Ｉ １であ
る。この結果は順次、酸素飽和度演算部３４ ！Ｑ：
ＨＸ力される。酸素飽和度演算部３４には、予め酸素飽
和度と反射光強度比の関係を表す関数式が記憶させてあ
り、信号比演算部３３の出力を関数式へ代入し、酸素飽
和度を演算する。この結果は表示器３５によって表示さ
れる。 ヘモグロビン濃度の信号処理手段は、反射光強度演算部
３６、ヘモグロビン濃度演算部３７から構成される。反
射光強度演算部３６はあらかじめ記憶させておいた反射
光強度とヘモグロビン濃度の関係を表す関数式により、
反射光強度演算部３６に人力されたヘモグロビン濃度か
ら反射光強度を演算して出力する。 ヘモグロビン濃度演算部３７は、このとき平均値演算部
３２の反射光強度の複数出力のうちの１つの出力と反射
光強度演算部３６の出力とから、あらかじめ記憶してい
る反射光強度とヘモグロビン濃度との関係を示す関係式
を、この２つの出力信号の差を“０”にするよう補正す
る。この補正された関数を用いてヘモグロビン濃度を演
算し出力する。ヘモグロビン濃度演算部３７の出力は表
示器３８で表示される。 なお本実施例におけるヘモグロビン濃度演算部３７で用
いる関数式は、 Ｈｂ（ｇ％）＝０．４４５Ｒ’−７，１４Ｒ＋３５．７
・・・（１） ここで、Ｒは波長７９５ｎｍの光に対する反則光強度で
ある。 従って、反射光強度演算部３６で用いられる関数式は（
１）式の逆関数式により、ヘモグロビン濃度より反射光
強度を求めている。 次に第８図の本実施例の動作を説明したフローチャート
に従って説明を行う。 まずステップＳ１で第２図、第３図に示した照射手段に
よ°つて各発光ダイオードを順次駆動して血液を照射し
、その反射光強度をｎ回測定する。 次にステップＳ２で各発光ダイオードの波長に対する反
射光強度の平均値を求める。 ステップＳ３ではヘモグロビン濃度を求めるための、予
め記憶されているヘモグロビン濃度と反射光強度との関
係式を補正するかどうかを判断する。関係式を補正する
ときはステップＳ４に進み、ステップＳ２で求めた反射
光強度の平均値と、ヘモグロビン濃度を求めるための関
係式の逆Ｉ′！５１１１．により算出される既知のヘモ
グロビン濃度に対する反射光強度との差により、前記関
係式な補正して再度記憶する。 ステップＳ５では、少なくとも１つの反射光強度から、
関係式を用いてヘモグロビン濃度を算出して、ステップ
Ｓ６でその結果を表示する。尚、ステップＳ３で関係式
の補正を行わないときは、ステップＳ５で既に記憶され
ている関係式を用いてヘモグロビン濃度を算出する。 ［発明の効果コ 以上述べた如に本発明によれば、ヘモグロビン濃度が正
確に測定できるという効果がある。 また本発明によれば、所定波長を用いるだけでヘモグロ
ビン濃度の測定が信号の演算処理のみで求めることがで
きるという効果がある。 また更に本発明によれば、サンプル血の溶血装置、キュ
ベツトを必要としない為、装置が簡便で小型化可能で製
造コストも廉価になるという効果がある。 さらにまた本発明によると、サンプル血の溶血およびキ
ュベツトを必要としないため、ｉｎ ｖｉｔｒ。 ｉｎ ｖｉｖｏでの測定が可能であり、また連続測定が
可能になるという効果がある。 更に本発明によれば、ヘモグロビン濃度が既知の血液を
用い、−点較正することにより、個体間の散乱特性差を
補正できるので、信号処理が簡単になるという効果があ
る。 ４、図面の簡単な説明 第１図（ａ）（ｂ）は本実施例の装置のブロフク図、 第２図は照射手段の上面図、 第３図は照射手段の正面図の部分断面図、第４図（ａ）
（ｂ）は吸光係数と波長との関係を示す図、 第５図はヘモグロビン酸素飽和度と反射光強度との関係
を示す図、 第６図はヘモグロビン濃度と反射光強度どの関係を示す
図、 第７図はヘモグロビン濃度と補正された反射光強度との
関係を示す図、 第８図は本実施例のヘモグロビン濃度を求める処工里の
フローチャートである。 図中、１１〜１３・・・発光ダイオード、１４・・・パ
ルス発生器、１５・・・駆動回路、１６・・・フォトダ
イオード、２３・・・検出増幅器、２４・・・アナログ
スイッチ、２８〜３０・・・緩衝増幅器、３１・・・ア
ナログ７′デジタルコンバータ、３２平均値演算部、３
３・・・信号比演算部、３４・・・酸素飽和度演算部、
３５．３８．４０・・・表示部、３６・・・ヘモグロビ
ン濃度ン寅算部、３７・・・ヘモグロビン濃度較正部で
ある。 特許出願人 テルモ株式会社 第４図 （ｂ） う＆長 第５図 ヘモγＯご゛ン感千りざ牙ｑダ
Claims (6)
- （１）少なくとも２つの異なる波長を有する発光源と、
該発光源よりの光をサンプル血液に照射し前記波長に対
応した前記サンプル血液からの反射光強度を検出する光
強度検出手段と、相関関数をもとに前記反射光強度より
ヘモグロビン濃度を算出する濃度算出手段とを備えたこ
とを特徴とするヘモグロビン濃度測定装置。 - （２）濃度算出手段はヘモグロビン濃度が既知の血液の
反射光強度を基に、相関関数を補正する補正手段を備え
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のヘモ
グロビン濃度測定装置。 - （３）補正手段は既知のヘモグロビン濃度を有する血液
の反射光強度を相関逆関数により算出する手段を備え、
算出された反射光強度と光強度検出手段により検出され
た少なくとも１つの反射光強度とを比較して相関関数を
補正するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
２項に記載のヘモグロビン濃度測定装置。 - （４）少なくとも２つの異なる波長を有する発光源より
の光をサンプル血液に照射する工程と、前記サンプル血
液からの反射光を受光し、前記発光源に対応して反射光
強度を検出する工程と、前記反射光強度を基に相関関数
を用いてヘモグロビン濃度を算出する工程とを備えたこ
とを特徴とするヘモグロビン濃度測定方法。 - （５）既知のヘモグロビン濃度を有する血液の反射光強
度を算出する工程と、前記血液の反射光強度とを基に相
関関数を補正する工程とを備えたことを特徴とする特許
請求の範囲第４項に記載のヘモグロビン濃度測定方法。 - （６）発光源の波長として酸素化ヘモグロビンと還元ヘ
モグロビンの等吸収波長を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第４項に記載のヘモグロビン濃度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27524986A JPS6324143A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | ヘモグロビン濃度測定装置とその測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27524986A JPS6324143A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | ヘモグロビン濃度測定装置とその測定方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61049898 Division | 1986-03-07 | 1986-03-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6324143A true JPS6324143A (ja) | 1988-02-01 |
Family
ID=17552772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27524986A Pending JPS6324143A (ja) | 1986-11-20 | 1986-11-20 | ヘモグロビン濃度測定装置とその測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6324143A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998020345A1 (en) * | 1996-11-06 | 1998-05-14 | Cobe Laboratories, Inc. | Red blood cell spillover detection technique |
| JP2008148820A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Chunichi Denshi Co Ltd | 酸素飽和度測定装置 |
-
1986
- 1986-11-20 JP JP27524986A patent/JPS6324143A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998020345A1 (en) * | 1996-11-06 | 1998-05-14 | Cobe Laboratories, Inc. | Red blood cell spillover detection technique |
| JP2008148820A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Chunichi Denshi Co Ltd | 酸素飽和度測定装置 |
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