(57)【要約】【課題】パルスオキシメータによる動脈血酸素飽和度の算出精度を高める。【解決手段】被検者の組織を透過または反射した第一波長を有する第一の光の強度に対応する第一強度信号Ｓ１が取得される。当該組織を透過または反射した第二波長を有する第二の光の強度に対応する第二強度信号Ｓ２が取得される。動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡが設定される。仮定値ＰＳＡに対応する動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷが、第一強度信号Ｓ１と第二強度信号Ｓ２から取得される。動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷの位相差に対応する指標値ＩＤＸが取得される。仮定値ＰＳＡの変更に応じた指標値ＩＤＸの変化に基づいて、動脈血酸素飽和度ＳＡが算出される。【選択図】図７
2019037713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサと、
前記プロセッサが実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、
被検者の組織を透過または反射した第一波長を有する第一の光の強度に対応する第一信号を取得し、
前記組織を透過または反射した第二波長を有する第二の光の強度に対応する第二信号を取得し、
動脈血酸素飽和度の仮定値を設定し、
前記仮定値に対応する動脈血成分信号と静脈血成分信号を前記第一信号と前記第二信号から取得し、
前記動脈血成分信号と前記静脈血成分信号の位相差に対応する指標値を取得し、
前記仮定値の変更に応じた前記指標値の変化に基づいて、前記動脈血酸素飽和度を算出する、
パルスオキシメータ。
【請求項２】
前記動脈血酸素飽和度は、前記仮定値を変更したときの前記指標値の二次微分値に基づいて算出される、
請求項１に記載のパルスオキシメータ。
【請求項３】
前記指標値は、前記動脈血成分信号と前記静脈血成分信号のいずれか一方が基準値を上回っているか下回っている期間に基づいて取得される、
請求項１または２に記載のパルスオキシメータ。
【請求項４】
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記仮定値の変更に応じた前記指標値の変化に基づいて、前記被検者の静脈血酸素飽和度を算出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のパルスオキシメータ。
【請求項５】
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、算出された前記動脈血酸素飽和度に対応する前記位相差に基づいて、被検者の血液が前記組織を通過する時間を算出する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のパルスオキシメータ。
【請求項６】
算出された前記動脈血酸素飽和度が所定値を下回る場合に報知を行なう報知部を備えている、
請求項１から５のいずれか一項に記載のパルスオキシメータ。
【請求項７】
プロセッサと、
前記プロセッサが実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、
被検者の組織を透過または反射した第一波長を有する第一の光の強度に対応する第一信号を取得し、
前記組織を透過または反射した第二波長を有する第二の光の強度に対応する第二信号を取得し、
血中吸光物質濃度の仮定値を設定し、
前記仮定値に対応する動脈血成分信号と静脈血成分信号を前記第一信号と前記第二信号から取得し、
前記動脈血成分信号と前記静脈血成分信号の位相差に対応する指標値を取得し、
前記仮定値の変更に応じた前記指標値の変化に基づいて、前記血中吸光物質濃度を算出する、
パルスフォトメータ。
【請求項８】
被検者の生体パラメータ値を算出する装置であって、
プロセッサと、
前記プロセッサが実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記装置は、
前記被検者から第一生体信号を取得し、
前記被検者から第二生体信号を取得し、
前記第一生体信号と前記第二生体信号の位相差に対応する指標値を取得し、
前記生体パラメータ値の仮定値を設定し、
前記仮定値の変更に応じた前記指標値の変化に基づいて、前記生体パラメータ値を算出する、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスオキシメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスオキシメータは、被検者の経皮的動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２：以下、単に動脈血酸素飽和度と表記する）を算出する装置の一例である。具体的には、動脈血酸素飽和度に対応して血液の吸光係数の比が異なる複数の波長の光が、当該被検者の生体組織に照射される。そして、当該生体組織を透過または反射した各波長の光量が検出される。各波長の光量は、当該被検者の動脈血の拍動に伴って変化する。したがって、拍動に起因する各波長の光量の経時変化が、脈波信号として取得される。各波長に係る脈波信号の振幅は、当該波長に係る減光度変化量に対応する。動脈血酸素飽和度は、各波長に係る減光度変化量の比に基づいて算出される。このようなパルスオキシメータは、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４１９６２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、静脈血には拍動がないと言われている。しかしながら、光が照射される被検者の組織には動脈血が流れる毛細血管と静脈血が流れる毛細血管が混在している領域がある。換言すると、当該領域においては酸素飽和度が比較的高い血液と酸素飽和度が比較的低い血液が混在している。算出される動脈血酸素飽和度の値は、当該領域の毛細血管を流れる静脈血の影響を受けることを免れない。動脈血酸素飽和度の算出精度を高めるために、組織を圧迫して静脈血を除去することによって当該静脈血の影響を低減する措置が行なわれることもある。
【０００５】
本発明は、パルスオキシメータによる動脈血酸素飽和度の算出精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための一態様は、パルスオキシメータであって、
プロセッサと、
前記プロセッサが実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、
被検者の組織を透過または反射した第一波長を有する第一の光の強度に対応する第一信号を取得し、
前記組織を透過または反射した第二波長を有する第二の光の強度に対応する第二信号を取得し、
動脈血酸素飽和度の仮定値を設定し、
前記仮定値に対応する動脈血成分信号と静脈血成分信号を前記第一信号と前記第二信号から取得し、
前記動脈血成分信号と前記静脈血成分信号の位相差に対応する指標値を取得し、
前記仮定値の変更に応じた前記指標値の変化に基づいて、前記動脈血酸素飽和度を算出する。
【０００７】
従来のパルスオキシメータは、取得された第一信号と第二信号（いわゆる観測信号）から直接的に動脈血酸素飽和度を算出している。しかしながら、前述のように、算出される動脈血酸素飽和度の値は、プローブが装着される組織の毛細血管を流れる静脈血の影響を受けることを免れない。すなわち、観測信号は、位相差を有する動脈血成分信号と静脈血成分信号を含んでいる。
【０００８】
そこで本出願の発明者は、観測信号から動脈血成分信号と静脈血成分信号を分離し、酸素飽和度の値と位相差の値の関係を精査した。具体的には、酸素飽和度の値を変更しながら、位相差の値の変化を観察した。その結果、位相差の値が特徴的な変化を呈する酸素飽和度の値が、動脈血成分の酸素飽和度によく一致するとの知見を得た。
【０００９】
上記のパルスオキシメータにおいては、被検者から取得された第一信号と第二信号（観測信号）から直接的に動脈血酸素飽和度を算出するのではなく、まず動脈血酸素飽和度の仮定値を設定する。そして当該仮定値を有するような演算操作を当該観測信号に適用した上で、動脈血成分信号と静脈血成分信号を分離して両者の位相差に対応する指標値を取得する。動脈血酸素飽和度の仮定値を変更しながら位相差の変化を観察することにより、上述の特徴的な変化を特定できる。この特徴的な変化が得られた仮定値を、被検者の動脈血酸素飽和度とみなす。
【００１０】
このような構成によれば、被検者の組織に装着されるプローブに特別な構造的改変を施すことなく、当該組織の毛細血管を流れる静脈血の影響を演算的に除去できる。よって、パルスオキシメータによる動脈血酸素飽和度の算出精度を向上できる。また、静脈血を除去するために組織を圧迫するなどの措置も必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係るパルスオキシメータの機能的構成を示している。
【図２】図１のパルスオキシメータにより実行される処理の流れを示している。
【図３】図１のパルスオキシメータにより実行される処理の詳細を示している。
【図４】図１のパルスオキシメータにより実行される処理の詳細を示している。
【図５】図１のパルスオキシメータにより実行される処理の詳細を示している。
【図６】図１のパルスオキシメータにより実行される処理の詳細を示している。
【図７】図１のパルスオキシメータにより実行される処理の結果を示している。
【図８】図１のパルスオキシメータにより実行される処理の結果を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付の図面を参照しつつ、実施形態の例を以下詳細に説明する。図１は、一実施形態に係るパルスオキシメータ１０の機能的構成を示す図である。パルスオキシメータ１０は、インターフェース１１と制御部１２を備えている。
【００１３】
インターフェース１１は、信号の通過を許容するコネクタである。インターフェース１１は、プローブ２０と有線又は無線で接続可能とされている。
【００１４】
プローブ２０は、被検者の組織３０（指先や耳朶など）に装着可能とされている。プローブ２０は、第一発光部２１、第二発光部２２、および受光部２３を備えている。
【００１５】
第一発光部２１は、第一波長λ１を含む第一の光を出射するように構成されている。第一波長λ１の例としては、８８０ｎｍや９４０ｎｍが挙げられる。すなわち、第一の光は赤外光である。第二発光部２２は、第二波長λ２を含む第二の光を出射するように構成されている。第二波長λ２の例としては、６３０ｎｍや６６０ｎｍが挙げられる。すなわち、第二の光は赤色光である。
【００１６】
第一発光部２１は、例えば、第一の光を出射可能な半導体発光素子である。第二発光部２２は、例えば、第二の光を出射可能な半導体発光素子である。半導体発光素子の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、有機ＥＬ素子などが挙げられる。
【００１７】
図１に示されるように、受光部２３は、被検者の組織３０を透過または反射した第一の光の強度Ｉ１に対応する第一強度信号Ｓ１を出力するように構成されている。また、受光部２３は、組織３０を透過または反射した第二の光の強度Ｉ２に対応する第二強度信号Ｓ２を出力するように構成されている。
【００１８】
受光部２３は、例えば、第一波長λ１と第二波長λ２に感度を有する光センサである。光センサの例としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタなどが挙げられる。
【００１９】
制御部１２は、プロセッサ１２１とメモリ１２２を備えている。プロセッサ１２１の例としては、ＣＰＵやＭＰＵが挙げられる。メモリ１２２は、プロセッサ１２１が実行可能な命令を記憶するように構成されている。メモリ１２２の例としては、各種の命令が記憶されたＲＯＭや、プロセッサ１２１により実行される各種命令が記憶されるワークエリアを有するＲＡＭなどが挙げられる。
【００２０】
メモリ１２２に記憶された命令がプロセッサ１２１により実行されると、パルスオキシメータ１０は、図２に示される処理を実行するように構成されている。
【００２１】
まず、第一強度信号Ｓ１と第二強度信号Ｓ２が取得される（ＳＴＥＰ１）。具体的には、制御部１２からインターフェース１１を介して出力される制御信号に基づいて、第一発光部２１と第二発光部２２が交互に点灯される。したがって、第一強度信号Ｓ１と第二強度信号Ｓ２は、時間差を伴って交互に受光部２３から出力される。第一発光部２１と第二発光部２２の発光タイミングの切り替え周波数は、算出される動脈血酸素飽和度の経時的変化と比較して第一強度信号Ｓ１と第二強度信号Ｓ２の取得が実質的に同時とみなされうる程度に定められる。制御部１２は、インターフェース１１を介して第一強度信号Ｓ１と第二強度信号Ｓ２を取得する。
【００２２】
一つの動脈血酸素飽和度を算出する単位処理を遂行するために、所定時間にわたって第一強度信号Ｓ１と第二強度信号Ｓ２が取得される。所定時間の例としては、４秒間（３心拍程度に相当する時間）が挙げられる。
【００２３】
図３の（Ａ）は、座標平面Ｐ１を示している。座標平面Ｐ１の横軸は、第一強度信号Ｓ１の値を表わしている。座標平面Ｐ１の縦軸は、第二強度信号Ｓ２の値を表わしている。上記の所定時間にわたる第一強度信号Ｓ１の値の経時変化と第二強度信号Ｓ２の値の経時変化は、座標平面Ｐ１上に直線状の軌跡を描く。当該軌跡は、観測信号ベクトルＷとして表現されうる。観測信号ベクトルＷは、動脈血成分ベクトルＡと静脈血成分ベクトルＶの合成ベクトルとして表現されうる。この事実について図４を参照しつつ説明する。
【００２４】
図４において破線で示される領域は、プローブ２０が装着される被検者の組織３０を示している。組織３０に流入する動脈血は、拍動を伴っている。当該動脈血の酸素飽和度の値を９９％と仮定する。組織３０から流出する静脈血は、拍動を伴わないとみなされている。当該静脈血の酸素飽和度の値を９２％と仮定する。
【００２５】
上記の場合、パルスオキシメータ１０によって算出される動脈血酸素飽和度の値は、９９％であるべきである。しかしながら、プローブ２０が装着される組織３０には、動脈血が流れる毛細血管と静脈血が流れる毛細血管が混在しており、酸素飽和度が比較的低い後者の影響を受けることを免れない。したがって、従来のパルスオキシメータの場合、算出される動脈酸素飽和度の値が実際よりも低いことがある（例えば９４％）。
【００２６】
図３の（Ａ）に示された例においては、観測信号ベクトルＷが、従来のパルスオキシメータにより算出される動脈血酸素飽和度に対応している。前述の通り、観測信号ベクトルＷは、第一強度信号Ｓ１の経時変化と第二強度信号Ｓ２の経時変化により描かれる座標平面Ｐ１上の軌跡に対応している。組織３０より得られる第一強度信号Ｓ１の経時変化と第二強度信号Ｓ２の経時変化は、酸素飽和度９９％の動脈血と酸素飽和度９２％の静脈血の双方の影響を受けている。前者は動脈血成分ベクトルＡに対応しており、後者は静脈血成分ベクトルＶに対応している。したがって、観測信号ベクトルＷは、動脈血成分ベクトルＡと静脈血成分ベクトルＶの合成ベクトルとして表されうる。
【００２７】
本実施形態に係るパルスオキシメータ１０は、第一強度信号Ｓ１と第二強度信号Ｓ２のそれぞれの経時変化には直接現れない動脈血成分ベクトルＡを特定し、当該特定され動脈血成分ベクトルＡに対応する動脈血酸素飽和度を算出するように構成されている。
【００２８】
算出されるべき動脈血酸素飽和度は未知であるため、図２に示されるように、パルスオキシメータ１０は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡを設定する処理（ＳＴＥＰ２）と、信号成分とノイズ成分を取得する処理（ＳＴＥＰ３）を行なう。最初の仮定値ＰＳとして、例えば１００％が設定される。
【００２９】
この処理は、図３の（Ａ）に示される観測信号ベクトルＷを座標平面Ｐ１における原点を中心に回転角ηだけ時計方向に回転させたベクトルＷ１を取得し、当該ベクトルＷ１を図３の（Ｂ）に示される座標平面Ｐ２上のベクトルＷ２に変換する処理に対応している。
【００３０】
図示を省略するが、ベクトルＷ１は、同様に回転角ηだけ回転操作された動脈血成分ベクトルＡ１と静脈血成分ベクトルＶ１の合成ベクトルである。座標平面Ｐ２の横軸は、動脈血酸素飽和度を算出するために必要な拍動の信号成分を表している。座標平面Ｐ２の横軸は、動脈血酸素飽和度の算出の妨げになるノイズ成分を表している。
【００３１】
図３の（Ａ）において、座標平面Ｐ１の横軸に対して動脈血成分ベクトルＡがなす角度をφとする。座標平面Ｐ１の横軸に対して静脈血成分ベクトルＶがなす角度をψとする。動脈血成分ベクトルＡと静脈血成分ベクトルＶがなす角度をθとする。すなわち、次式が得られる。
θ＝ψ−φ                                                   （１）
【００３２】
このとき、座標平面Ｐ１から座標平面Ｐ２への座標変換は、次式により表されることが知られている。
【数１】
2019037713.tif 000003
【００３３】
動脈血酸素飽和度は、組織３０の吸光度比Φの関数であることが知られている。すなわち、次式が得られる。
ＰＳＡ＝ｆ（Φ）                                             （３）
吸光度比Φは、組織３０を通過または反射した第一の光の減光度と第二の光の減光度の比である。吸光度比Φと上記の角度φの関係は、次式で表されることが知られている。
φ＝Ｔａｎ-1Φ                                                      （４）
すなわち、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡが定まれば、動脈血成分ベクトルＡに係る角度φの仮定値も定まる。
【００３４】
他方、角度ψもまた未知である。そこでθの値を（−φ）から（π／２−φ）まで変化させ（ψの値を０からπ／２まで変化させ）、座標平面Ｐ２における横軸方向のノルムが最小となる値としてθ（ψ）の値を定める。
【００３５】
このようにして定められたφとθの値を式（２）に代入することにより、図３の（Ｂ）に示される座標変換が完了する。この座標変換は、信号成分Ｓを表わす横軸に動脈血成分ベクトルＡ２を一致させ、ノイズ成分Ｎを表わす縦軸に静脈血成分ベクトルＶ２を一致させる操作に相当する。上記のベクトルＷ２は、動脈血成分ベクトルＡ２と静脈血成分ベクトルＶ２の合成ベクトルである。
【００３６】
これにより、プローブ２０を通じて取得された第一強度信号Ｓ１および第二強度信号Ｓ２から信号成分Ｓとノイズ成分Ｎが分離される。信号成分Ｓの経時変化が描く軌跡が、動脈血成分ベクトルＡを構成している。ノイズ成分Ｎの経時変化が描く軌跡が、静脈血成分ベクトルＶを構成している。
【００３７】
したがって、図５の（Ａ）に示されるように、信号成分Ｓの経時変化により形成される動脈血成分信号ＡＷとノイズ成分Ｎの経時変化により形成される静脈血成分信号ＶＷが得られる。
【００３８】
動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷの間には位相差が存在する。この位相差の値は、図３の（Ａ）を参照して説明した観測信号ベクトルＷの回転角ηに応じて変化する。
【００３９】
図６の（Ａ）は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡが９９％である場合に対応する回転操作により得られたベクトルＷ１、Ａ１、Ｖ１を示している。図６の（Ｂ）は、上記の座標変換により得られたベクトルＷ２、Ａ２、Ｖ２を示している。図６の（Ｃ）は、この場合に得られた動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷを示している。両波形の間には位相差が存在する。
【００４０】
図６の（Ｄ）は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡが９４％である場合に対応する回転操作により得られたベクトルＷ１、Ａ１、Ｖ１を示している。図６の（Ｅ）に示されるように、この場合においては静脈血成分が消失し、座標変換の結果として動脈血成分ベクトルＡ２のみが得られる。したがって、図６の（Ｆ）に示されるように、動脈血成分信号ＡＷのみが得られ、位相差は定義できない。
【００４１】
図６の（Ｇ）は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡが９２％である場合に対応する回転操作により得られたベクトルＷ１、Ａ１、Ｖ１を示している。図６の（Ｈ）は、上記の座標変換により得られたベクトルＷ２、Ａ２、Ｖ２を示している。図６の（Ｉ）は、この場合に得られた動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷを示している。両波形の間には、図６の（Ｃ）と場合とは異なる位相差が存在する。
【００４２】
パルスオキシメータ１０は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡを変化させながら上記の位相差がどのように変化するかをモニタするように構成されている。
【００４３】
図２に示されるように、パルスオキシメータ１０は、最初に設定された動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡ（１００％）について、上記の位相差に対応する指標値ＩＤＸを取得する（ＳＴＥＰ４）。
【００４４】
本実施形態においては、図５の（Ａ）に示されるように、動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷのいずれか一方が基準値Ｔｈを下回っている期間に基づいて指標値ＩＤＸが取得される。より具体的には、動脈血成分信号ＡＷが基準値Ｔｈを下回っている期間は値を増加させ、静脈血成分信号ＶＷが基準値Ｔｈを下回っている期間は値を減少させる。取得された動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷの全体にわたって値の増減を行ない、最終的な値を指標値ＩＤＸとして採用する。
【００４５】
次にパルスオキシメータ１０は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡの変更終了条件が満たされたかを判定する（図２のＳＴＥＰ５）。満たされていない場合（ＳＴＥＰ５においてＮ）、パルスオキシメータ１０は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡを変更する（ＳＴＥＰ６）。例えば、仮定値ＰＳＡが１００％から９９％に変更される。変更後の仮定値ＰＳＡについて、ステップＳＴ３とＳ１４を参照して説明した処理が繰り返され、新たな位相差に対応する指標値ＩＤＸが得られる。
【００４６】
変更終了条件が満足される（ＳＴＥＰ５においてＹ）まで、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡが変更されながら、当該仮定値ＰＳＡに対応する指標値ＩＤＸが繰り返し取得される。結果として、図５の（Ｂ）に例示されるような仮定値ＰＳＡと指標値ＩＤＸの関係が取得される。
【００４７】
同図から判るように、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡが９９％付近まで減少すると、指標値ＩＤＸの変化が大きくなる。仮定値ＰＳＡがより低い領域（９４％付近）では、指標値ＩＤＸの上下動が急峻になる。仮定値ＰＳＡがさらに低下すると（９２％付近）、指標値ＩＤＸの変化が再び小さくなる。換言すると、仮定値ＰＳＡがある値（９２％付近）まで増加すると、指標値ＩＤＸの変化が大きくなる。指標値ＩＤＸの上下動が急峻になる領域を経て仮定値ＰＳＡがある値（９９％付近）までさらに増加すると、指標値ＩＤＸの変化が再び小さくなる。上下動が急峻になる領域を除外すれば、指標値ＩＤＸの変化が大きくなる仮定値ＰＳＡが二つ存在する。
【００４８】
パルスオキシメータ１０は、指標値ＩＤＸのこの変化に基づいて、動脈血酸素飽和度ＳＡを算出する（図２のＳＴＥＰ７）。
【００４９】
具体的には、指標値ＩＤＸの変化が大きくなる動脈血酸素飽和度の二つの仮定値ＰＳＡのうち、より大きい値を動脈血酸素飽和度ＳＡとみなす。図５の（Ｂ）に示される例においては、算出される動脈血酸素飽和度ＳＡは、９９％である。
【００５０】
より具体的には、パルスオキシメータ１０は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡを変更したときの指標値ＩＤＸの二次微分値を算出する。パルスオキシメータ１０は、当該二次微分値が所定の閾値を上回る二つの仮定値ＰＳＡのうち、より大きな値を動脈血酸素飽和度ＳＡの値として採用する。
【００５１】
図１に破線で示されるように、パルスオキシメータ１０は、表示部１３を備えうる。この場合、算出された動脈血酸素飽和度ＳＡは、表示部１３に表示されうる。
【００５２】
図２に破線で示されるように、パルスオキシメータ１０は、指標値ＩＤＸの上記の変化に基づいて、静脈血酸素飽和度ＶＡを算出しうる（ＳＴＥＰ８）。
【００５３】
具体的には、指標値ＩＤＸの変化が大きくなる動脈血酸素飽和度の二つの仮定値ＰＳＡのうち、より小さい値を静脈血酸素飽和度ＶＡとみなす。図５の（Ｂ）に示される例においては、算出される静脈血酸素飽和度ＶＡは、９２％である。算出された静脈血酸素飽和度ＶＡは、表示部１３に表示されうる。
【００５４】
より具体的には、パルスオキシメータ１０は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡを変更したときの指標値ＩＤＸの二次微分値を算出する。パルスオキシメータ１０は、当該二次微分値が所定の閾値を上回る二つの仮定値ＰＳＡのうち、より小さな値を静脈血酸素飽和度ＶＡの値として採用する。
【００５５】
図７の（Ａ）から（Ｃ）は、これまで説明した処理の過程で得られる情報のうち、表示部１３に表示されうるものを例示している。
【００５６】
図７の（Ａ）は、ＳＴＥＰ１において取得された第一強度信号Ｓ１の経時変化に対応する波形、および同様に取得された第二強度信号Ｓ２の経時変化に対応する波形を示している。
【００５７】
図７の（Ｂ）は、図７の（Ａ）に示される第一強度信号Ｓ１と第二強度信号Ｓ２に基づいて取得された動脈血成分信号と静脈血成分信号の位相差に対応する指標値ＩＤＸと動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡの関係を示している。図７の（Ｂ）に示される情報は、図５の（Ｂ）に示される情報と同じである。
【００５８】
図７の（Ｃ）は、図７の（Ｂ）に示される指標値ＩＤＸの変化に基づいて算出された動脈血酸素飽和度ＳＡに対応する動脈血成分信号ＡＷ、および同様に算出された静脈血酸素飽和度ＶＡに対応する静脈血成分信号ＶＷを示している。同図に示される動脈血成分信号ＡＷは、図６の（Ｂ）に示される動脈血成分ベクトルＡ２を構成する点の経時変化に対応している。同図に示される静脈血成分信号ＶＷは、図６の（Ｈ）に示される静脈血成分ベクトルＶ２を構成する点の経時変化に対応している。
【００５９】
図７の（Ｂ）に示される指標値ＩＤＸの変化は、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡが９４％前後である領域において急峻な上下動を呈する。この領域は、図６の（Ｄ）から（Ｆ）に示される、動脈血成分信号と静脈血成分信号の位相差が定義できない場合に対応している。パルスオキシメータ１０は、少なくとも動脈血酸素飽和度ＳＡの算出に際し、当該領域内において破線の丸印で表された指標値ＩＤＸの大きな変化は無視する。
【００６０】
図８の（Ａ）から（Ｃ）は、これまで説明した処理の過程で得られる情報の別例を示している。本例は、図７の（Ａ）から（Ｃ）に示される例と比較して、静脈拍動の影響が比較的小さい場合である。本例においては、算出された動脈血酸素飽和度ＳＡと静脈血酸素飽和度ＶＡは、それぞれ１００％と９６％である。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態に係るパルスオキシメータ１０によれば、被検者の組織３０に装着されるプローブ２０に特別な構造的改変を施すことなく、組織３０の毛細血管を流れる静脈血の影響を演算的に除去できる。よって、パルスオキシメータ１０による動脈血酸素飽和度ＳＡの算出精度を向上できる。また、静脈血を除去するために組織３０を圧迫するなどの措置も必要ない。
【００６２】
本実施形態においては、動脈血酸素飽和度ＳＡは、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡを変更したときの指標値ＩＤＸの二次微分値に基づいて算出される。
【００６３】
このような構成によれば、指標値ＩＤＸの二次微分値を取得するという簡易な演算を通じて動脈血酸素飽和度ＳＡを算出できる。よって、プロセッサ１２１の処理負荷の増大を抑制できる。
【００６４】
本実施形態においては、指標値ＩＤＸは、動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷのいずれか一方が基準値Ｔｈを下回っている期間に基づいて取得される。
【００６５】
このような構成によれば、比較的簡易な演算を通じて指標値ＩＤＸを算出できる。よって、プロセッサ１２１の処理負荷の増大を抑制できる。
【００６６】
なお、指標値ＩＤＸは、動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷのいずれか一方が基準値Ｔｈを上回っている期間に基づいて取得されてもよい。また、指標値ＩＤＸは、高速フーリエ変換、フーリエ変換、最大エントロピー法、適法フィルタ法などによっても取得されうる。
【００６７】
本実施形態に係るパルスオキシメータ１０によれば、被検者の組織３０に装着されるプローブ２０に特別な構造的改変を施すことなく、被検者の静脈血酸素飽和度も算出できる。その際、静脈血を除去するために組織３０を圧迫するなどの措置も必要ない。
【００６８】
動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷの間に生じる位相差は、図４に示される組織３０を血液が通過する時間に起因していると考えられる。パルスオキシメータ１０は、動脈血酸素飽和度ＳＡを算出する過程で得られる当該位相差の情報に基づいて、被検者の血液が組織３０を通過する時間を算出してもよい。算出された時間は、表示部１３に表示されうる。
【００６９】
例えば、図５の（Ａ）に示される動脈血成分信号ＡＷと静脈血成分信号ＶＷから位相差に対応する時間値が複数個取得される。パルスオキシメータ１０は、当該時間値の平均を、被検者の血液が組織３０を通過する時間とみなしうる。
【００７０】
このような構成によれば、被検者の組織３０に装着されるプローブ２０に特別な構造的改変を施すことなく、被検者の血液が組織３０を通過する時間も算出できる。
【００７１】
図１に破線で示されるように、パルスオキシメータ１０は、報知部１４を備えうる。報知部１４は、算出された動脈血酸素飽和度ＳＡが所定値を下回る場合に報知を行なうように構成されうる。報知は、視覚的報知、聴覚的報知、および触覚的報知の少なくとも一つを通じて行なわれうる。
【００７２】
このような構成によれば、算出精度が向上した動脈血酸素飽和度ＳＰに基づいて、精度の高い報知をユーザに提供できる。
【００７３】
上記の各実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。
【００７４】
上記の実施形態においては、第一強度信号Ｓ１、第二強度信号Ｓ２、動脈血酸素飽和度の仮定値ＰＳＡと指標値ＩＤＸの関係、動脈血成分信号ＡＷ、静脈血成分信号ＶＷ、動脈血酸素飽和度ＳＡ、静脈血酸素飽和度ＶＡ、および被検者の血液が組織３０を通過する時間の少なくとも一つがパルスオキシメータ１０の表示部１３に表示されうる。しかしながら、当該情報は、パルスオキシメータ１０と有線接続あるいは無線接続された別の表示装置に表示されてもよい。
【００７５】
動脈血酸素飽和度は、血中吸光物質濃度の一例である。本発明は、他の血中吸光物質濃度を算出する装置（すなわちパルスフォトメータ）にも適用可能である。他の血中吸光物質濃度の例としては、一酸化炭素ヘモグロビン、Ｍｅｔヘモグロビン、血液に注入された色素などが挙げられる。この場合、プローブ２０において使用される光の波長は、一方の波長における血液の吸光係数と他方の波長における当該血液の吸光係数の比率が、当該血液に含まれる対象吸光物質の濃度に応じて変化するように選ばれる。
【００７６】
この場合に提供されるパルスフォトメータは、
プロセッサと、
前記プロセッサが実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、
被検者の組織を透過または反射した第一波長を有する第一の光の強度に対応する第一信号を取得し、
前記組織を透過または反射した第二波長を有する第二の光の強度に対応する第二信号を取得し、
血中吸光物質濃度の仮定値を設定し、
前記仮定値に対応する動脈血成分信号と静脈血成分信号を前記第一信号と前記第二信号から取得し、
前記動脈血成分信号と前記静脈血成分信号の位相差に対応する指標値を取得し、
前記仮定値の変更に応じた前記指標値の変化に基づいて、前記血中吸光物質濃度を算出する。
【００７７】
本発明は、被検者の身体から取得され、かつ位相差を有する二つの信号に基づいて当該被検者の生体パラメータ値を算出する装置にも適用可能である。そのような二つの信号の例としては、心電図信号、脳波信号、筋電図信号などが挙げられる。
【００７８】
この場合に提供される装置は、
プロセッサと、
前記プロセッサが実行可能な命令を記憶するメモリと、
を備えており、
前記命令が前記プロセッサにより実行されると、前記装置は、
前記被検者から第一生体信号を取得し、
前記被検者から第二生体信号を取得し、
前記第一生体信号と前記第二生体信号の位相差に対応する指標値を取得し、
前記生体パラメータ値の仮定値を設定し、
前記仮定値の変更に応じた前記指標値の変化に基づいて、前記生体パラメータ値を算出する。
【符号の説明】
【００７９】
１０：パルスオキシメータ、１２１：プロセッサ、１２２：メモリ、１４：報知部、３０：組織、Ｓ１：第一強度信号、Ｓ２：第二強度信号、ＰＳＡ：動脈血酸素飽和度の仮定値、ＩＤＸ：指標値、ＡＷ：動脈血成分信号、ＶＷ：静脈血成分信号、Ｔｈ：基準値、ＳＡ：動脈血酸素飽和度、ＶＡ： 静脈血酸素飽和度
【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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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月19日(2017.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2019037713.tif 000012
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2019037713.tif 000013
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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