(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブを用いて生体に対する送、受光を行って生体の光学的計測を行う生体計測装置において、
測定端の個数および各測定端が含む受光部の個数を異にする複数種のプローブと、少なくとも、前記プローブの測定端の個数と受光部の個数とを積算した数のチャンネル数を持つ信号処理チャンネルを有する接続端子と、
前記信号処理チャンネルからの信号を信号処理する信号処理回路とを備え、
前記信号処理チャンネルは、接続端子に接続されたプローブからの測定信号を、測定端および受光部の個数の組み合わせに係わらず、共通のチャンネルで信号処理回路に伝送し、生体計測を行うことを特徴とする生体計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無侵襲酸素モニターなど、生体に対する光の透過，散乱を用いて生体の血液濃度や酸素化状態の計測を行う生体計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体に可視光や近赤外光等の光を照射し、被検体内を透過，散乱した光を検出して、被検体内の情報を非破壊的に測定する光測定装置が知られており、このような光測定装置を生体に適用した生体計測装置として光ＣＴや無侵襲酸素モニターがある。生体中の血液に含まれる赤い色素であるヘモグロビンのスペクトルは、酸素と結合したオキシヘモグロビンと酸素が離れたデオキシヘモグロビンとで異なり、このスペクトルの違いを用いることによって、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの無侵襲定量を行う方法が開発され、無侵襲酸素モニター等の生体計測装置に応用されている。
【０００３】
一般に、生体中に色素等の波長に対して特異的な吸収特性を持つ物質が存在すると、その波長を用いて物質の定量を行うことができる。しかしながら、生体計測の場合には、その測定対象が光散乱体である等の特殊性から、生体の特性や測定目的に応じて、光源、検出器の種類、あるいは測定方法等の各種の測定パラメータが開発され利用されている。
【０００４】
上記各種測定パラメータとして、例えば、１組の送光部と受光部からなる１つの測定端を備えたプローブを用いて、オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの初期値からの変化量を求める方法や、送光部と配置距離を異ならせた複数の受光部とからなる測定端を備えたプローブを用いて、測定時点における絶対値を求める方法が提案されている。この絶対値測定は、光が被検体中を拡散した後、被検体の各部分から再放出するときの場所的な強度分布を基にして、その時点におけるオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの絶対量を算出するものである。
【０００５】
生体検出測定では、生体を測定対象としているため、上記したように光源，検出器の種類，あるいは測定方法等の各種測定パラメータが生体の特性や測定目的に応じて異なり、また、生体に取り付けるプローブも測定パラメータに応じて異なる。例えば、測定目的が変化量か絶対量かによって１つの測定端に必要とする受光部の個数が異なり、これに対応して使用するプローブも異なる。また、２つの受光部を備えた測定端を持つ絶対値測定用プローブであっても、新生児と大人用とでは送光部と各受光部との間の距離が異なり使用するプローブも異なる。また、求めた検出信号の処理から目的量を求める演算式も異なる。
【０００６】
上記のように、測定対象や測定目的に対応して異なる測定パラメータやプローブに対して、個別に生体計測装置を構成することは効率や使い勝手等の点で問題があり、各種の測定パラメータやプローブに対して共通して使用することができる生体計測装置が必要とされている。
【０００７】
また、生体の一箇所の絶対値を測定する測定モードと共に、生体の複数箇所での変化量を同時測定する測定モードも生体の測定において重要である。このような各種の測定モードに対して個別に生体計測装置を構成することは、効率や使い勝手等の点で前記した測定パラメータやプローブと同様に問題があり、各種の測定モードに対して共通して使用することができる生体計測装置が必要とされている。
【０００８】
そこで、本発明は前記した問題点を解決し、測定対象や測定目的に対応して異なる測定パラメータやプローブに対して、共通して使用することができる生体計測装置を提供することを第１の目的とし、また、１つの絶対値測定用の測定端を持つプローブと、変化量の測定に限られるが複数の箇所を同時に測定する複数の測定端を持つプローブとを共通の本体によって使用できる生体計測装置を提供することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本出願の第１の発明は、プローブを用いて生体に対する送，受光を行って生体の光学的計測を行う生体計測装置において、測定パラメータを異にする複数種のプローブを接続する共通の接続端子と、複数種のプローブの測定パラメータを格納する記憶手段とを備え、接続端子に接続されたプローブに対応した測定パラメータを用いて生体計測を行うものである。
【００１０】
第１の発明によれば、複数種のプローブの中から測定対象や測定目的に応じて適した測定端を備えたプローブを選択し、選択したプローブの接続端を生体計測装置の接続端子に接続する。生体計測装置の接続端子を複数種のプローブに対して共通とすることによって、生体計測装置の共通化を行う。また、生体計測装置は、接続したプローブに対応する測定パラメータを記憶手段から読み出して設定し、さらに、プローブから得られた検出信号を該測定パラメータで信号処理して目的とする生体測定を行う。
これによって、測定対象や測定目的に対して個別に生体計測装置を構成することなく、測定対象や測定目的に対応して異なる測定パラメータやプローブに対して、生体計測装置を共通して使用するという第１の目的を達成することができる。
【００１１】
本出願の第１の発明の実施形態は、接続端子に接続するプローブ数，絶対値測定か変化量測定かの測定目的，および測定端における送受光部間の距離を測定パラメータとするものであり、これらの測定パラメータによってあらかじめ測定目的に対応して装置が備えている演算式の中よりその１つを選択し、この演算式と検出信号によって生体計測値を得ることができる。
【００１２】
本出願の第１の発明の他の実施形態は、生体計測装置は、プローブの種類を特定するプローブ識別機構を備えるものであり、該プローブ識別機構は、接続端子にプローブを接続することによって得られるプローブ識別信号に基づいて、プローブに対応した測定パラメータを記憶手段から読み出す。これによって得た測定パラメータを信号処理手段に設定して、生体計測を行う。
【００１３】
本出願の第１の発明の別の実施形態は、プローブの種類を特定するためにプローブに識別用抵抗，識別用ＲＯＭ，あるいは識別用マーカであり、プローブ識別機構で識別することができる。
【００１４】
また、本出願の第２の発明は、プローブを用いて生体に対する送，受光を行って生体の光学的計測を行う生体計測装置において、変化量タイプ，絶対値タイプなどの異なる測定モードを有し、測定端の数を異にするプローブを接続できる共通の接続端子を備え、本体側の接続端子は共通の測定チャンネルを用いて信号処理される生体計測を行うものであり、測定端の個数および各測定端が含む受光部の個数を異にする複数種のプローブと、少なくとも、前記プローブの測定端の個数と受光部の個数とを積算した数のチャンネル数を持つ信号処理チャンネルを有する接続端子と、信号処理チャンネルからの信号を信号処理する信号処理回路とを備え、信号処理チャンネルは、接続端子に接続されたプローブからの測定信号を、測定端および受光部の個数の組み合わせに係わらず、共通のチャンネルで信号処理回路に伝送し、生体計測を行うものである。
【００１５】
第２の発明によれば、生体測定装置の本体側に備えた複数個の信号処理チャンネルとしてのハードウェア資源を、絶対値モードのプローブでは１つの測定端の複数の受光部の信号の処理に用い、一方変化量測定モードにおいては、それぞれは１つの受光部を備えた複数の測定端からの複数の信号処理に使うことによって、効率的な信号処理チャンネル資源の運用を果たすことができる。
これによって、異なる測定モードに対して個別に生体計測装置を構成することなく、絶対値測定モードや複数箇所での同時測定モード等の各種の測定モードに対して信号処理チャンネルを共通のままで生体計測装置を共通して有効に使用するという第２の目的を達成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の生体計測装置の構成を説明するための概略ブロック図である。図１において、生体計測装置１は光源２と信号処理部４と接続端子６とを備え、光源２と接続端子６との間は光ファイバー３で接続し、信号処理部４と接続端子６との間は信号ライン５で接続している。
【００１７】
光源２は、半導体レーザー等により構成することができ、所定の波長の光を発生する。また、信号処理部４は、検出信号を信号処理して目的とする測定値を得る部分であり、必要によっては記録，表示のための処理を行う。接続端子６は、光源２から送光される所定波長の光をプローブ１０側に送ると共に、プローブ１０側から得られる検出信号を受けて信号処理部４に送るコネクターである。
【００１８】
プローブ１０は、測定端１１と接続端子７と両者を接続する光ファイバー８および信号ライン９とを備え、測定パラメータやチャンネル数の相違によって複数種のプローブ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，・・・が構成される。プローブ１０の測定端１１は、測定パラメータや測定モードによってそれぞれ異なる構成の測定端１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・を用意することができる。また、プローブ１０の光ファイバー８（８ａ，８ｂ，８ｃ，・・・）および信号ライン９（９ａ，９ｂ，９ｃ，・・・）は、測定端の数に応じた本数を備える。なお、測定パラメータが異なるプローブおよび測定端の数が異なるプローブについては、それぞれ図４，５および図６，７を用いて詳細に後述する。
【００１９】
接続端子６は、プローブ１０側の接続端子７（７ａ，７ｂ，７ｃ，・・・）との接続によって、プローブ１０側と生体計測装置１側の光ファイバーおよび信号ラインの接続を行うコネクタであり、複数種のプローブ１０に対して同一の構成で接続することができる。図２，３は本発明の生体計測装置の接続端子を説明するための概略斜視図および断面図であり、光ファイバーについてのみ示し、信号ラインについては省略して示している。
【００２０】
図２，３において、生体計測装置１側の光ファイバー３は、２本の単芯光ファイバー３０を保護樹脂３１で覆って形成し、一端を光学系２０を介して所定の波長λ１，λ２の光を発光する半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２に光学的に接続している。光ファイバー３の他端は光ファイバーコネクタ６０を構成し、端面に２本の単芯光ファイバー３０の端面を露出させている。
一方、プローブ１０側の光ファイバー８は、複数本の光ファイバー束８０を保護樹脂８１で覆って形成し、一端を図示しない測定端の送光部に光を送り、他端は光ファイバーコネクタ７０を構成し、端面に光ファイバー束８０の端面を露出させている。
【００２１】
光ファイバー束８０の径は単芯光ファイバー３０の径より充分に大きく形成する。両光ファイバーコネクタ６０，７０の突き合わせによって光学的に接続すると、単芯光ファイバー３０からの光は散乱して光ファイバー束８０全体に入射する。従って、測定パラメータやチャンネル数によってプローブ１０の光ファイバーの形態が変更した場合であっても、生体計測装置１側の光ファイバーコネクタ６０は変更することなく共通の構成で対応することができる。
各光ファイバーの一として、２００μｍ径の単芯光ファイバーを生体計測装置側の光ファイバーとし、１０μｍ径の光ファイバーを４００本束ねて２ｍｍ径とした光ファイバー束をプローブ側の光ファイバーを用いることができる。
【００２２】
次に、第１の発明の構成について、図４，５を用いて説明する。図４は第１の発明を説明するための概略図であり、図５は第１の発明の機能を説明するためのブロック図である。第１の発明は、測定対象や測定目的に対応して異なる測定パラメータやプローブに対して、生体計測装置を共通化する構成である。
【００２３】
図４において、プローブ１０は各種のプローブ１０Ａ〜１０Ｇを示し、測定対象や測定目的に対応した構成を備える。以下、各プローブ１０Ａ〜１０Ｇについて概略を示す。プローブ１０Ａは小児用の絶対値型プローブであり、プローブ１０Ｂは大人用の絶対値型プローブであり、それぞれ送光部Ｓと複数の受光部Ｄ１，Ｄ２を配置した測定端１１Ａ，１１Ｂを備える。ここで、絶対値形の測定端からは、複数の受光部からの複数の出力信号が出る。受光部Ｄ１，Ｄ２の配置距離Ｌ1A，Ｌ2AおよびＬ1B，Ｌ2Bは小児用と大人用で異ならせ、被検体の深い部分の情報を得るためにＬ1B，Ｌ2BをＬ1A，Ｌ2Aよりも大きく設定する。また、プローブ１０Ｃは測定感度を向上させた絶対値型プローブであり、配置距離Ｌ1Cを小さく設定し、Ｌ2Cを大きく設定した構成である。
【００２４】
プローブ１０Ｄ〜１０Ｇは変化量型プローブである。変化量形では１つの測定端に１対の送，受光部だけで構成されるので、出力信号は１つである。プローブ１０Ｄは送光部Ｓと受光部Ｄとの配置距離Ｌを小さく設定することによって被検体の浅い部分の測定を行うものであり、プローブ１０Ｅは送光部Ｓと受光部Ｄとの配置距離Ｌを大きく設定することによって被検体の深い部分の測定を行うものである。また、プローブ１０Ｆ，１０Ｇは複数の測定端１１Ｆ1 ，１１Ｆ2 および１１Ｇ1 ，１１Ｇ2 ，１１Ｇ3 を備えた多チャンネルのプローブであり、測定端の個数に応じた多数箇所の変化量を同時に測定することができる。各種のプローブ１０Ａ〜１０Ｇはそれぞれ接続端子７Ａ〜７Ｇを備え、生体計測装置１の接続端子６に接続することによって、生体計測を行う。
【００２５】
次に、図５を用いて生体計測装置１およびプローブ１０の機能について説明する。生体計測装置１は光源２と信号処理部４を備える。光源２は波長λ１，λ２の光を発光する半導体レーザーＬＤ１，ＬＤ２を備え、光ファイバー３を介して接続端子６側に送光する。また、信号処理部４はアナログ信号処理部４０とＡ／Ｄ変換器４１と演算部４２、および測定パラメータを記憶する記憶手段４３とを備え、演算部４２で求めた測定値を表示部１２等に出力する。
【００２６】
アナログ信号処理部４０は、プローブ１０で得られた検出信号をチャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，・・・を通して受け取り、信号増幅あるいは所定のアナログ信号処理を行う。チャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，・・・は、接続されるプローブからの所定数の測定信号の送信を行う。図５に示すプローブでは、１つの測定端の受光部Ｄ１，Ｄ２から２信号が送られるため、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２のみを使用する。もし、１つの測定端が３つの受光部を持つ場合には、ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３を用いる。また、図４の１０Ｇに示す変化量のプローブでは、３つの測定端の信号がＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３を通って処理され、３か所の測定を行うことができる。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換器４１は、演算部４２においてデジタル信号処理を行うために、アナログ信号をデジタル信号に変換する。演算部４２は、Ａ／Ｄ変換器４１から得られる検出信号を用い、所定の演算によって目的とする測定値を求める。この測定値を得るには、プローブ数，絶対値測定か変化量測定かの測定目的，および検出器における送受光部間の距離を測定パラメータとする演算式を用いて行う。
【００２８】
【表１】
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表１に、図４に示す各種のプローブに対する測定パラメータの例を示す。なお、表１中の感度指数Ｋはアナログ信号処理部４０の増幅度を設定する指数であり、測定パラメータにこの指数を含めることによって、プローブの接続によって生体計測装置１中のアナログ信号処理部４０の増幅度を自動で設定することができる。
【００２９】
演算部４２は、上記測定パラメータを用いて記憶手段４３から所定の演算式を読み出し、読み出した演算式に検出信号を代入して測定値を求める。この記憶手段４３からの演算式の読み出しは、識別信号を用いて行う。この識別信号は、生体計測装置１側に設けたスイッチの選択あるいは、プローブ１０側からのチャンネルＣＨ０を通して得られる信号を用いることができる。
【００３０】
プローブ１０は、測定端１１と接続端子７と両端を接続する光ファイバー８および信号ライン９を備えるとともに、プローブの種類に対応した特定抵抗の識別用抵抗１３を設けることができる。また、識別抵抗に代えて識別用ＲＯＭ，あるいは識別用マーカを用いることもできる。これによって、プローブ１０を接続端子６，７を用いて生体計測装置１に接続することによって、自動的に測定パラメータの設定を行うことができる。
上記第１の発明によれば、測定対象や測定目的に対応して異なる測定パラメータやプローブに対して、共通の生体計測装置を使用することができる。
【００３１】
次に、第２の発明の構成について、図６，７を用いて説明する。図６は第２の発明を説明するための概略図であり、図７は第２の発明の機能を説明するためのブロック図である。第２の発明は、測定端の数を異にするプローブに対して共通の接続端子を用いて接続を行い、さらに複数の測定端からの測定信号と１測定端からの複数の測定信号を、接続端子に接続した共通の信号処理チャンネルを用いて信号処理回路に伝送する構成によって、生体計測装置を共通化する構成である。
【００３２】
図６において、プローブ１０は測定端の数の異なるプローブ１０α，１０βを示し、絶対値測定モードや複数箇所での同時測定モード等の各種の測定モードに対応した構成を備える。プローブ１０αは送光部Ｓと２つの受光部を配置した測定端１１αを備えた絶対値型プローブであって、絶対値測定モードに使用する。また、プローブ１０βは送光部Ｓと１つの受光部を配置した測定端１１βを備えた変化量型プローブであって、該変化量型プローブを複数個備えるものである。複数個のプローブ１１βは、生体の複数箇所に取り付けて、それぞれの箇所における変化量の同時測定を行う。
【００３３】
次に、図７を用いて第２の発明の生体計測装置１およびプローブ１０α，βの機能について説明する。生体計測装置１は光源２と信号処理部４を備える。生体計測装置１は、前記図５で説明した第１の発明の構成および作用と同様であり、絶対値測定および変化量測定のための測定パラメータを備える。なお、各構成要素の説明は第１の発明と同様であるため説明を省略する。
【００３４】
プローブ１０αは絶対値型プローブであり、１つの送光部Ｓαと２つの受光部Ｄα1 ，Ｄα2 とを備えた測定端１１αと接続端子７αと両端を接続する光ファイバー８αおよび信号ライン９αを備える。また、プローブ１０βは変化量型プローブであり、１つの送光部Ｓβと１つの受光部Ｄβとを備えた測定端１１βを複数個（図７では２個の検出器の場合を示している）備え、接続端子７βと両端を接続する光ファイバー８βおよび信号ライン９βを備え、各検出器１１α，１１βは被検体１４に取り付けられる。なお、プローブ１０βが備える測定端の数は任意の個数とすることができ、生体計測装置１側の信号処理部４は、対応する（チャンネル数）個数の信号処理が可能な回路構成とする。
接続端子６，７は、前記図２，３に示した構成によって形成することができ、各種のプローブ側の接続端子７に対して、生体計測装置１側の接続端子６を共通して使用することができる。
【００３５】
上記の第２の発明の説明では、１つの測定端に複数の受光部を持つ信号の処理と、１つの受光部を持つ複数の受光端を共通の信号処理チャンネルを通す例を示しているが、信号処理チャンネルの利用形態は、上記例に限られるのもではなく以下に示す利用形態も可能である。
即ち、２つの受光部を持つ測定端を３個備えたプローブと、３つの受光部を持つ測定端を２個備えるプローブとを、共通の６つの信号チャンネルを持つ信号処理部で処理する利用形態にも適用することができる。
【００３６】
上記利用形態を含めて、より一般的には、本発明は、プローブを用いて生体に対する送，受光を行って生体の光学的計測を行う生体計測装置において、測定端の個数および各測定端が含む受光部の個数を異にする複数種のプローブと、少なくとも、前記プローブの測定端の個数と受光部の個数とを積算した数のチャンネル数を持つ信号処理チャンネルを有する接続端子と、複数のチャンネル数を持つ信号処理チャンネルを有し、信号処理チャンネルからの信号を信号処理する信号処理回路とを備え、信号処理チャンネルは、接続端子に接続されたプローブからの測定信号を、測定端および受光部の個数の組み合わせに係わらず、共通のチャンネルで信号処理回路に伝送し、生体計測を行う生体計測装置と表すことができる。
【００３７】
上記第２の発明によれば、絶対値測定モードと複数箇所での同時測定モード等の各種の測定モードに対して生体計測装置を共通して使用することができ、比較的少ない信号チャンネルを、多目的に利用することが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の生体計測装置によれば、測定対象や測定目的に対応して異なる測定パラメータやプローブに対して、共通して使用することができる、また、１つの絶対値測定用の測定端を持つプローブと、変化量の測定に限られるが複数の箇所を同時に測定する複数の測定端を持つプローブとを共通の本体によって使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生体計測装置の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図２】本発明の生体計測装置の接続端子を説明するための概略斜視図である。
【図３】本発明の生体計測装置の接続端子を説明するための断面図である。
【図４】第１の発明を説明するための概略図である。
【図５】第１の発明の機能を説明するためのブロック図である。
【図６】第２の発明を説明するための概略図である。
【図７】第２の発明の機能を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１…生体計測装置、２…光源、３，８…光ファイバー、４…信号処理部、５，９…信号ライン、６，７…接続端子、１０…プローブ、１１…測定端、１２…表示部、１３…識別抵抗、１４…被検体、２０…光学系、３０…単芯光ファイバー、３１，８１…保護樹脂、４０…アナログ信号処理部、４１…Ａ／Ｄ変換器、４２…演算部、４３…パラメータ記憶手段、６０，７０…光ファイバーコネクタ、  ８０…光ファイバー束、Ｓ…送光部、Ｄ…受光部、ＬＤ…半導体レーザー、ＣＨ…チャンネル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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