(57)【要約】【課題】身体の拘束及び負荷が少なく、常に良好な測定結果を得られる経皮的動脈血酸素飽和度測定装置を提供する。【解決手段】動脈血酸素飽和度測定装置１は、発光素子１１，１２及び受光素子１５〜１８を搭載したフレキシブル基板４からなる本体部２と伸縮性の装着ベルト３とを備える。本体部２を人の上腕部にその湾曲形状に沿って湾曲させ、発光素子及び受光素子の搭載面が皮膚表面に密着するように装着ベルトで固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の動脈血酸素飽和度を経皮的に測定するための装置であって、
フレキシブル基板と、
生体の動脈血に互いに異なる波長の発光光を発光するように、前記フレキシブル基板の一方の面に搭載された２つの発光素子と、
前記生体の動脈血により反射された前記発光素子の発光光を受光するように、前記フレキシブル基板の前記一方の面に搭載された受光素子と、
前記フレキシブル基板を、前記一方の面を生体側に配置して装着するために、生体の装着部位に巻き付けられる装着ベルトとを備え、
前記フレキシブル基板は、前記装着ベルトにより前記生体の装着部位に装着したとき、前記発光素子及び受光素子を生体表面に密着させて前記装着部位に巻き付け可能な柔軟性を有し、
前記受光素子が受光する前記発光素子の発光光から前記生体の動脈血の酸素飽和度を測定することを特徴とする動脈血酸素飽和度測定装置。
【請求項２】
前記発光素子と受光素子とは、前記フレキシブル基板の前記一方の面に前記装着部位への巻付方向に沿って互いに離隔して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の動脈血酸素飽和度測定装置。
【請求項３】
前記装着ベルトが、前記巻付方向に沿って伸縮性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の動脈血酸素飽和度測定装置。
【請求項４】
前記フレキシブル基板の前記一方の面に搭載された装着電極を有する自動装着認識回路を備え、前記装着電極は、前記フレキシブル基板が前記装着部材により前記装着部位に装着されたとき、対向する生体表面との間で可変容量のコンデンサを形成し得るように、表面が絶縁材料膜で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の動脈血酸素飽和度測定装置。
【請求項５】
前記受光素子が受光する前記発光素子の発光光から生体の呼吸波形及び／又は呼吸回数を測定するために、前記受光素子が受光する前記発光素子の発光光をＬＰＦ処理するためのＬＰＦ回路及びＨＰＦ処理するためのＨＰＦ回路を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の動脈血酸素飽和度測定装置。
【請求項６】
前記フレキシブル基板の他方の面に搭載された加速度センサー及び／又はジャイロセンサーを更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の動脈血酸素飽和度測定装置。
【請求項７】
前記フレキシブル基板の他方の面に搭載された通信回路及び無線アンテナを更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の動脈血酸素飽和度測定装置。
【請求項８】
一方の前記発光素子が波長９４０ｎｍの赤外光を発光し、他方の前記発光素子が波長の７３０ｎｍの赤色光を発光することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の動脈血酸素飽和度測定装置。
【請求項９】
装置全体の重量が１５０ｇ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の動脈血酸素飽和度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人又は他の動物の生体の動脈血酸素飽和度を経皮的に、即ち非侵襲的、非観血的に測定するための動脈血酸素飽和度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、睡眠中に呼吸ができなくなる睡眠時無呼吸症候群（ＳＡＳ：Sleep
Apnea Syndrome）を検査したり、様々な活動中や手術中の生体情報を取得するために、動脈血の酸素飽和度を経皮的に測定する検査方法が広く行われている。一般に、経皮的動脈血酸素飽和度の測定装置として、２つの波長の異なる光を動脈血に照射し、それらの吸光係数の比率が動脈血の脈動により変化することを利用したパルスオキシメーターがよく知られている。
【０００３】
多くのパルスオキシメーターは、プローブを指先や耳朶に挟む型式のもので、該プローブには、赤色光と赤外光を発光する２つの発光素子と、その反射光又は透過光を受ける受光素子とが内蔵されている（例えば、特許文献１、２を参照）。病院等の検査機関では、ＳＡＳを診断するために、患者がパルスオキシメーター等の測定装置を装着したまま一晩睡眠する終夜睡眠ポリグラフィー（ＰＳＧ：PolySomnoGraphy）検査が行われる。
【０００４】
ＰＳＧ検査よりも簡易な検査で、ＳＡＳが閉塞性か中枢性かを弁別するための呼吸状態推定装置が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。この装置は、睡眠中のユーザの胸部に貼り付けて使用され、その呼吸変動を計測して呼吸停止状態にあるか否かを検出し、その体幹の動きを計測してユーザの体幹の動きの有無を検出する。
【０００５】
最近は、動脈血酸素飽和度の測定機能を備え、腕時計のように手首に装着して使用するウェアラブル機器が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。このウェアラブル機器は、動脈血酸素飽和度情報を取得するために発光部と受光部を含むセンサー部が、装着時に生体に接するケース部の裏面に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−６３０３２号公報
【特許文献２】特開２００２−２２４０８８号公報
【特許文献３】特開２０１６−１０６１６号公報
【特許文献４】特開２０１７−１６４２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の指先や耳朶に装着するパルスオキシメーターは、長時間に亘って連続的に装着するのに適していない。例えば、被検者が就寝中に寝返りする等の体動によって、プローブが外れたりずれたりする虞がある。また、使用者の身体状態によっては、プローブを指先又は耳朶に装着できない場合が有り得る。更に、プローブを装着したまま日常の動作や運動を行うことは、困難である。
【０００８】
特許文献４のウェアラブル機器は、センサー部を生体に密着させることにより、受光部への外光の入射を抑止し、センサー部と生体との距離を小さくして光路長を短くし、センサー部の検出信号強度を高くできるとしている。しかしながら、ケース部を腕時計と同様のバンド部で手首に固定するので、センサー部を生体に常時密着させることは実際上困難である。そのため、身体や腕の動かし具合によって外光が入射し、動脈血酸素飽和度を正確に測定できない虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、人又は他の動物の生体の動脈血に２つの異なる波長の発光を照射して、それらの反射光又は透過光の吸光度の比率の変化から動脈血の酸素飽和度を経皮的に取得する動脈血酸素飽和度測定装置において、使用者が自分一人で、専門家や他人の補助無しで、容易に装着部位に適合させて装着使用でき、しかも身体の拘束や身体に及ぼす負荷が少なく、就寝中や運動中、日常の活動中においても、長時間の連続装用及びそれによってより正確な判定が可能であり、外光や配線によるノイズの影響が少なく、厳密な発光制御を要することなく、使用中に装着位置のずれや変動が多少生じても、常に良好な測定結果が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の動脈血酸素飽和度測定装置は、生体の動脈血酸素飽和度を経皮的に測定するための装置であって、
フレキシブル基板と、
生体の動脈血に互いに異なる波長の発光光を発光するように、フレキシブル基板の一方の面に搭載された２つの発光素子と、
生体の動脈血により反射された発光素子の発光光を受光するように、フレキシブル基板の一方の面に搭載された受光素子と、
フレキシブル基板を、前記一方の面を生体側に配置して装着するために、生体の装着部位に巻き付けられる装着ベルトとを備え、
フレキシブル基板は、装着ベルトにより生体の装着部位に装着したとき、発光素子及び受光素子を生体表面に密着させて装着部位に巻き付け可能な柔軟性を有し、
前記受光素子が受光する前記発光素子の発光光から前記生体の動脈血の酸素飽和度を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、動脈血酸素飽和度測定装置は、フレキシブル基板と装着ベルトとの組合せによって、フレキシブル基板を生体の装着部位に巻き付けて、発光素子及び受光素子を生体表面に密着させた状態で装着できるので、使用者が自分一人で、専門家や他人の補助無しで、容易に装着使用することが可能であり、しかも装着中に身体を拘束したり身体に大きな負荷を及ぼすことがなく、就寝中、運動中、日常の活動中においても、長時間に亘って連続的に装用することができ、それによってより正確な判定が可能である。更に、装着中は、発光素子及び受光素子の生体表面への密着状態が維持されるので、外光や発光光の直接入射によるノイズの影響が少なく、常に良好な測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好適な実施形態である動脈血酸素飽和度測定装置を概略的に示す全体斜視図である。
【図２】図１の装置の本体部の裏面を示す平面図である。
【図３】図１の装置の本体部の表面を示す平面図である。
【図４】図１の装置の本体部の側面図である。
【図５】装置の生体への装着状態を自動認識するための発振回路図である。
【図６】装置の人体上腕部への装着状態を示す説明図である。
【図７】図６のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
【図８】動脈血酸素飽和度の取得方法を説明するための線図である。
【図９】（ａ）図及び（ｂ）図は、図１の装置を使用者の上腕部に用いて測定した赤外光（波長９４０ｎｍ）及び赤色光（波長７３０ｎｍ）の光電脈波をそれぞれ示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。本実施形態では、動脈血酸素飽和度測定装置を被検者の上腕部に装着して使用する場合について説明する。尚、添付図面において、本明細書全体を通して類似の構成要素には、同様の参照符号を付して表すこととする。
【００１４】
図１は、本実施形態の動脈血酸素飽和度測定装置１を示している。動脈血酸素飽和度測定装置１は、本体部２と、該本体部を被検者の上腕部に巻き付けて装着するための装着ベルト３とを備える。本体部２は、前記上腕部への巻付方向に細長い概ね矩形のフレキシブル基板４で形成されている。フレキシブル基板４は、例えば医療用シリコンゴムのようなシリコン樹脂系の柔軟なフレキシブル基板材料で形成される。それにより、本体部２は、前記上腕部にその湾曲形状に沿って密着するように湾曲させて巻き付けることができる。
【００１５】
前記フレキシブル基板材料が少なくとも巻付方向に伸縮性を有すると、より好都合である。そのような伸縮性樹脂材料及び回路基板は、例えば国際公開第２０１６／１２５６７０号に記載されるように、既に公知である。
【００１６】
フレキシブル基板４の長手方向両端部には、それぞれ長手方向に直交する幅方向の長孔５ａ，５ｂを有する環状のベルト係合部６ａ，６ｂが設けられている。装着ベルト３は、前記上腕部への巻付方向に伸縮性を有する帯状の伸縮ベルトであり、例えばゴムと繊維との織物や編みゴム、天然ゴムや合成ゴム等の伸縮性を有する素材で形成されている。装着ベルト３は、本体部２の表面の略全面を覆うように、一端３ａを、一方のベルト係合部６ａの長孔５ａに外側（表面側）から内側に挿通し、他端３ｂを、他方のベルト係合部６ｂの長孔５ｂに外側（表面側）から内側に挿通して、本体部２に装着される。
【００１７】
装着ベルト３の他端３ｂは、ベルト長調節用の矩形リング９の長孔９ａに挿通した後、折り返されて装着ベルト３の外面に、例えば縫い付けられ又は適当な留め具や接着剤により一体に結合されている。使用時、装着ベルト３の一端３ａは、図１に示すように、本体部２の前記上腕部の皮膚に接する面を内側にして、動脈血酸素飽和度測定装置１全体が大きな輪を形成するように、矩形リング９の長孔９ａに内側から挿通される。装着ベルト３の外面には、矩形リング９から引き出された一端３ａを折り返して着脱可能に固定するためのファスナーが設けられている。
【００１８】
このようなファスナーとして、例えば互いに押し付けられると剥離可能に貼り付くフック状起毛シートとループ状起毛シートとからなる面ファスナーを用いることができる。本実施形態では、装着ベルト３外面には、一端３ａ付近にフック状起毛シート部７ａが取り付けられ、該一端を矩形リング９から折り返したときにフック状起毛シート部７ａに対向する位置にループ状起毛シート７ｂが取り付けられている。
【００１９】
折り返した装着ベルト３の一端３ａを外面に固定する手段は、上述した面ファスナーに限定されるものでなく、他の公知の様々なファスナーを用いることができる。また、装着ベルト３による本体部２の上腕部への装着も、上述した方法に限定されるものではない。例えば、本体部２の外面に装着ベルト３を重ね、その両端をそれぞれ対応するベルト係合部６ａ，６ｂの長孔５ａ，５ｂに外から内側に挿通して延長させ、図１と同様に大きな輪を形成してファスナーで着脱可能に固定したり、両端を一体に結合することもできる。上述したように構成することによって、装着ベルト３は本体部２に対して交換可能である。
【００２０】
更に、装着ベルト３の外面には、本体部２に対応する部分に、使用時に本体部２の略全面を覆うように、保護カバー８が一体的に設けられている。保護カバー８は、後述するように本体部２のフレキシブル基板４表面に設けられる電子回路や電子部品、配線を損傷やノイズから保護し、光学素子が設けられるフレキシブル基板４裏面に外光が及ばないように、例えばアルミニウムのような不透光性の金属箔からなるシート材が好ましい。
【００２１】
図２は、動脈血酸素飽和度測定装置１の使用時に使用者の上腕部に直接接する本体部２の裏面を示している。同図に示すように、フレキシブル基板４は、一方のベルト係合部６ａから他方のベルト係合部６ｂ側に向けて延長する帯状部１０ａと、該帯状部に連続して他方のベルト係合部６ｂ側に設けられた拡幅部１０ｂとを有する。帯状部１０ａは、巻付方向（フレキシブル基板４の長手方向）に長く、ベルト係合部６ａより狭い概ね一定の幅を有するように形成されている。拡幅部１０ｂは、帯状部１０ａよりも幅方向に拡大され、その幅が巻付方向の長さよりも大きい矩形に形成されている。
【００２２】
拡幅部１０ｂには、帯状部１０ａに近い領域の幅方向の中央付近に、２つの発光素子１１，１２が、巻付方向に沿って同じ位置にかつ幅方向に少し離隔して配置されている。一方（図中上側）の発光素子１１は、赤外光を発光するＬＥＤである。他方（図中下側）の発光素子１２は、赤外光を発光するＬＥＤである。本実施形態では、発光素子１１の発光波長を９４０ｎｍに、発光素子１２の発光波長を７３０ｎｍに設定している。
【００２３】
帯状部１０ａには、ベルト係合部６ａ側の領域の幅方向中央位置に、緑色光を発光する第３の発光素子１３が配置されている。発光素子１３の幅方向両側には、巻付方向に沿って延長する帯状の隔壁１４ａ，１４ｂが突設されている。
【００２４】
隔壁１４ａ，１４ｂの幅方向外側には、それぞれ各２つの受光素子１５〜１８が配置されている。前記受光素子には、例えばフォトダイオードを用いることができる。４つの受光素子１５〜１８は巻付方向に沿って同じ位置に、隣接する各２つの受光素子１５，１６と１７，１８とは互いに幅方向に少し離隔して設けられている。
【００２５】
上述したように、発光素子１１，１２と受光素子１５〜１８とは、巻付方向に相当の距離離隔して配置されているので、動脈血酸素飽和度測定装置１の使用時に発光素子１１，１２の発光が受光素子１５〜１８に直接入射することを防止できる。特に赤外光は、回折する性質があるので、その直接入射を防止するのに有効である。また、第３の発光素子１３からの発光は、受光素子１５〜１８との間が隔壁１４ａ，１４ｂにより遮断されているので、前記受光素子への直接入射が阻止されている。
【００２６】
帯状部１０ａには、後述する動脈血酸素飽和度測定装置１の自動装着認識回路を構成する装着電極１９が更に設けられている。装着電極１９は、比較的大きい電極面積を確保し得るように、帯状部１０ａの一方（図中下側）の側縁部の巻付方向中央付近に配置されている。装着電極１９の表面は、全体が適当な一定厚さの絶縁材料膜（図示せず）で被覆されている。
【００２７】
フレキシブル基板４の裏面には、発光素子１１〜１３、受光素子１５〜１８及び装着電極１９の配線が形成されている。更にフレキシブル基板４裏面には、ベルト係合部６ａ及びベルト係合部６ｂと拡幅部１０ｂの一部とに、金メッキした接地電極２０ａ，２０ｂが形成されている。接地電極２０ａ，２０ｂは、前記配線の接地電極と同電位に接続されている。
【００２８】
図３は、動脈血酸素飽和度測定装置１の使用時に使用者の上腕部とは反対側、即ち外側に面する本体部２の表面を示している。同図に示すように、拡幅部１０ｂには、帯状部１０ａ側に該帯状部との境界と接するように、動脈血酸素飽和度測定装置１の電源用に電池２１が配置されている。これにより、動脈血酸素飽和度測定装置１を電源コード無しで使用することができる。従って、使用者は、就寝中や日常の様々な活動中又は運動中であっても、あまり身体を拘束したり動作を制限しないので、従来装置に比べて大幅に負担が軽減されるので、長時間の連続装用が可能である。
【００２９】
電池２１は、例えば再充電可能なリチウムイオン電池が好ましく、そのための電池充電回路２２及び外部接続端子２３が、拡幅部１０ｂのベルト係合部６ｂとの間の領域（図中上端付近）に設けられている。外部接続端子２３は、例えばスマートフォンやタブレット等のモバイル機器やパソコン等の外部機器とも容易に接続し得るように、ＵＳＢ接続用端子が好ましい。
【００３０】
更に拡幅部１０ｂには、電池２１とベルト係合部６ｂとの間の前記領域に、発光素子１１，１２用のＬＥＤ定電流回路２５，２６が設けられている。ＬＥＤ定電流回路２５，２６は、それぞれ対応する発光素子１１，１２に接続されると共に、帯状部１０ａに設けられたＣＰＵ２８に接続されている。ＣＰＵ２８は、帯状部１０ａの中央よりも拡幅部１０ｂ側に配置され、外部と無線又は有線で通信するための通信回路を内蔵している。外部との無線通信のために、ＣＰＵ２８は、帯状部１０ａに設けられたアンテナ２９と接続されている。無線通信には、例えばbluetooth（登録商標）や赤外線、その他公知の様々な無線方式を使用することができる。
【００３１】
帯状部１０ａには、受光素子１５〜１８に接続された電流電圧変換回路３１と、該電流電圧変換回路に接続された分配回路３２と、該分配回路にそれぞれ接続された赤外波長用のＬＰＦ（ローパスフィルター）回路３３及び赤色波長用のＬＰＦ回路３４と、前記各ＬＰＦ回路にそれぞれ接続された赤色波長用のＨＰＦ（ハイパスフィルター）回路３５及び赤色波長用のＨＰＦ回路３６とが設けられている。分配回路３２は、前記受光素子から出力される赤外波長成分と赤色波長成分とを、それぞれＬＰＦ回路３３，３４に分配する。ＨＰＦ回路３５，３６は、ＣＰＵ２８に接続されている。
【００３２】
上述したように、動脈血酸素飽和度測定装置１が生体（上腕部）に装着されているかどうかを自動認識するための自動装着認識回路を構成する発信回路３７が、帯状部１０ａに設けられている。発信回路３７は、帯状部１０ａ裏面の装着電極１９に接続されると共に、ＣＰＵ２８に接続されている。
【００３３】
本体部２には、図３に示すように、本体部２の略全面に防水層４０が形成されている。防水層４０は、十分な防水・防湿性を有し、更に前記発光素子及び受光素子に対して十分な透光性を確保するように、無色透明な樹脂コーティング剤を塗布することによって実現される。このような防水層４０を設けることによって、本体部２の表裏両面に設けられた前記素子、電極、配線及び回路を、使用時に生体（使用者の上腕部）が発生する汗や水蒸気等から保護することができる。
【００３４】
本体部２裏面には、防水層４０は、接地電極２０ａ，２０ｂを除く全面に形成される。これにより、動脈血酸素飽和度測定装置１を使用者の上腕部に装着したとき、接地電極２０ａ，２０ｂをそれが接する前記上腕部の皮膚と同電位にすることによって、例えば使用者の近くで使用されている商用電源やラジオ等の高周波雑音から、前記受光素子の出力を保護することができる。また、接地電極２０ａ，２０ｂは、上述したように金メッキされているので、発汗による腐食、及び使用者の皮膚の金属かぶれを防止することができる。
【００３５】
更に本体部２には、その表面及び側面に樹脂保護層４１が設けられている。樹脂保護層４１には、例えばシリコン樹脂のように柔軟で弾力性を有する樹脂材料が好ましい。樹脂保護層４１は、例えば常温硬化型のシリコン樹脂材料を、防水層４０を形成した本体部２にインサート成形することによって形成される。これにより、本体部２を好ましくない外部からの衝撃や外部との接触等による損傷から保護すると同時に、本体部２を従って動脈血酸素飽和度測定装置１をより軽量化することができる。
【００３６】
図５は、発信回路３７の典型的な一例を示している。発信回路３７は、シュミットＮＡＮＤゲートＧと、その入力２と出力３との間に接続された抵抗Ｒと、シュミットＮＡＮＤゲートＧの入力２及び抵抗Ｒに直列に接続された可変容量コンデンサＶＣとから構成される。可変容量コンデンサＶＣの一方の電極は装着電極１９であり、他方の電極は、動脈血酸素飽和度測定装置１が装着される生体（上腕部）により構成される。装着電極１９の表面には、上述した防水層４１が形成されており、該装着電極を絶縁している。
【００３７】
可変容量コンデンサＶＣの静電容量は、電極間距離即ち防水層４１と生体との距離によって変化する。本体部２が生体表面に密着している場合、電極間距離は防水層４１のみにより決定されて最小になるので静電容量は最大となり、発信回路３７の発信周波数は最小になる。本体部２が生体表面に密着していない場合、電極間距離が大きくなって静電容量が減少し、発信回路３７の発信周波数は大きくなる。更に、本体部２が生体表面に装着されていない場合、静電容量は実質的に０となるので、発信回路３７の発信周波数は最大となる。従って、この発信周波数の大きさ及び／又はその変化から、動脈血酸素飽和度測定装置１の装着状態を確実に判定することができる。
【００３８】
本実施形態によれば、発信回路３７の発信周波数に基づいて、動脈血酸素飽和度測定装置１のスイッチを自動的にオンオフすることができる。例えば、発信周波数が予め設定された或る周波数以下になれば、適正な装着状態と判断して、動脈血酸素飽和度測定装置１の動作を自動で開始させることができる。また、発信周波数が予め設定された別の周波数以上になれば、動脈血酸素飽和度測定装置１が生体から取り外されたか、不適正な装着状態と判断して、その動作を自動で停止させることができる。
【００３９】
更に帯状部１０ａには、ジャイロセンサー３８と加速度センサー３９とが設けられ、それぞれＣＰＵ２８に接続されている。ジャイロセンサー３８は、動脈血酸素飽和度測定装置１を装着した生体（使用者）の部位（上腕部）の姿勢の変化を検出する。加速度センサー３９は、動脈血酸素飽和度測定装置１の物理的な動きの大きさを検出する。これらの検出データから、使用者の身体状態や活動状態を推測することができる。
【００４０】
図６は、動脈血酸素飽和度測定装置１を使用者の上腕部ＵＡに装着した状態を示している。この場合、動脈血酸素飽和度測定装置１は、上腕動脈Ａｂを対象動脈としてその動脈血酸素飽和度を測定するように本体部２を配置する。
【００４１】
本実施形態の動脈血酸素飽和度測定装置１は、使用者の前腕部に装着して使用することもできる。図６は更に、動脈血酸素飽和度測定装置１を使用者の前腕部ＦＡに装着した状態を想像線で示している。この場合、動脈血酸素飽和度測定装置１は、橈骨動脈Ａｒを対象動脈として、又は尺骨動脈Ａｕを対象動脈として動脈血酸素飽和度を測定するように本体部２を配置する。
【００４２】
図７は、図６において動脈血酸素飽和度測定装置１を装着した使用者の上腕部ＵＡを同図のＶＩ−ＶＩ線に沿って下方から見た断面図である。本体部２は、上腕動脈Ａｕが走っている上腕部ＵＡの内側側に装着され、装着ベルト３によって皮膚表面に密着するように固定される。装着ベルト３は少なくとも巻付方向に伸縮性を有するので、幾分強く締めることによって、本体部２裏面を適正な装着状態で密着させることができる。このように装着ベルト３を用いることによって、使用者は自分一人で、第三者や専門家の補助無しで、どこに居ても容易に動脈血酸素飽和度測定装置１を適正な状態に装着し、取り外し、再装着することができる。
【００４３】
このとき、発光素子１１，１２及び受光素子１５〜１８は、上腕部ＵＡの皮膚に少し喰い込むように密着させるのが好ましい。それにより、発光素子１１，１２からの発光が皮膚表面に沿って受光素子１５〜１８側に拡散したり、受光素子１５〜１８が前記発光素子の発光を直接受光したり、外光が入射するのを防止することができる。
【００４４】
発光素子１１，１２と受光素子１５〜１８は、前記発光素子の光軸Ｏｅと前記受光素子の光軸Ｏｒがなす角度が３０°以上になるように配置することが好ましい。特に長波長の赤外光は、回折性が強いので、前記受光素子には、上腕動脈Ａｕからの反射光と前記発光素子からの回折光とが重畳して入射する。光軸Ｏｅと光軸Ｏｒがなす角度が小さいと、前記発光素子からの回折光の影響が大きくなる。本実施形態では、光軸Ｏｅと光軸Ｏｒがなす角度を３０°以上にすることにより、発光素子１１，１２から上腕部ＵＡ内に拡散した発光光の一部が、上腕動脈Ａｕに反射されることなく受光素子１５〜１８に直接入射することにより生じるノイズの影響をより小さくすることができる。また、本実施形態において、フレキシブル基板４を上述した巻付方向に伸縮性を有する基板材料で形成することによって、装着する上腕部の周囲長に対応してフレキシブル基板４を伸長させ、前記発光素子と受光素子とがより好ましい角度位置に配置されるように調整することができる。
【００４５】
また、発光素子１１，１２と受光素子１５〜１８は、上腕動脈Ａｕに対する反射光Ｌｒの光路長が照射光Ｌｅの光路長に等しくなるように、又は光路長の差ができるだけ小さくなるように配置することが好ましい。
【００４６】
図７は、平均的な成人の上腕部に動脈血酸素飽和度測定装置１を装着した状態を示しており、発光素子１１，１２と受光素子１５〜１８は、上腕動脈Ａｕからの反射光を利用するように配置される。使用者が子供や腕が細い場合、発光素子１１，１２と受光素子１５〜１８とが上腕動脈Ａｕ又は他の対象動脈を挟んで対向する位置に配置される場合もあり得る。この場合には、発光素子１１，１２からの発光光が上腕動脈Ａｕを透過した透過光を受光素子１５〜１８で受光することによって、同様に動脈血酸素飽和度を測定することができる。
【００４７】
一般に、身体に機器や器具を装着する場合、装着機器等の重量が装着部位との相対的な関係で、その５％以下であれば、負担（重さ）を感じ難いことが知られている。成人の平均片腕重量は体重の６．５％とされているから、体重５０ｋｇの場合、片腕重量は３．２５ｋｇであり、その５％は１６３ｇである。動脈血酸素飽和度測定装置１は、上述したように、薄いフレキシブル基板４とそれに搭載された微小な発光受光素子、回路、薄膜配線及び小型電池からなる本体部２と、装着ベルト３とから構成されているので、全体重量を１５０ｇ以下に設定することが可能である。従って、動脈血酸素飽和度測定装置１は、少なくとも平均的な成人が上腕部に装着した場合、その重さを感じることなく使用することができる。
【００４８】
図８は、還元ヘモグロビンＨｂ、酸化ヘモグロビンＨｂＯ2、及び一酸化炭素ヘモグロビンＨｂＣＯの光吸収スペクトルを示している。同図に示すように、８００ｎｍより長い波長の光の場合、吸光係数は酸化ヘモグロビンＨｂＯ2の方が大きいので、その光の動脈血における反射光又は透過光は、動脈血中の酸化ヘモグロビンの量を表すことになる。逆に、８００ｎｍより短い波長の光の場合、吸光係数は還元ヘモグロビンＨｂの方が大きいので、その光の動脈血における反射光又は透過光は、動脈血中の還元ヘモグロビンの量を表すことになる。
【００４９】
動脈血酸素飽和度測定装置１は、上述した従来装置と同様に、このような酸化ヘモグロビンＨｂＯ2と還元ヘモグロビンＨｂとで光吸収スペクトルが異なるという特性を利用して、異なる２つの波長の光の反射光又は透過光から動脈血酸素飽和度を測定する。従来の動脈血酸素飽和度測定装置では、一酸化炭素ヘモグロビンＨｂＣＯの影響を解消するために、赤色光の波長を６６０ｎｍに、赤外光の波長を９１０ｎｍに設定し、更に赤色光の発光波長を厳密に制御している場合がある。
【００５０】
本実施形態では、上述したように、波長７３０ｎｍの赤色光と波長９４０ｎｍの赤外光とを採用している。そのため、赤色光は、図７に示すように、一酸化炭素ヘモグロビンＨｂＣＯの影響を受けることがない。従って、発光素子１１，１２の発光波長が多少ずれたり変動しても、測定結果に与える影響は非常に小さい。そのため、より安価な発光素子を使用し、その発光制御を比較的簡単に構成することができ、動脈血酸素飽和度測定装置１をより安価に製造することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、従来装置の指先や耳朶に装着する場合に比して、発光光及び反射光又は透過光の光路長が非常に長く、より光強度の高い光を照射する必要がある。本実施形態は、上述した波長の赤色光と赤外光を用いることによって、光強度の高い発光素子を用いることができ、それにより、上腕部のように光路長が長い生体部位に装着しても、良好な測定結果を確保することができる。
【００５２】
図９（ａ）、（ｂ）は、動脈血酸素飽和度測定装置１を使用者の上腕部に用いて測定した赤外光（波長９４０ｎｍ）及び赤色光（波長７３０ｎｍ）の光電脈波、即ち上腕動脈血の脈動による吸光係数の変化をそれぞれ示している。同図の光電脈波には、使用者の呼吸波形と脈動波形とが重畳している。従来から公知のように、前記光電脈波にＬＰＦ回路を用いることによって、呼吸波形を分離することができる。
【００５３】
一般に、前記光電脈波に含まれる脈動は、１呼吸当たり４回あるから、ＬＰＦ回路によって脈動周波数の１／２の周波数でデジタル処理（ＬＰＦ処理）することによって、図９（ａ）、（ｂ）の各波形から呼吸波形を抽出することができる。同様に、前記光電脈波にＨＰＦ回路を用いて、脈動周波数の１／２の周波数でデジタル処理（ＨＰＦ処理）することによって、図９（ａ）、（ｂ）の各波形から脈動波形を分離抽出することができる。
【００５４】
尚、脈動周波数の検出は、前記光電脈波を高速フーリエ変換することによって行うことができる。このとき、前記光電脈波は、高速フーリエ変換によって、呼吸周波数領域と脈動周波数領域とに分かれるので、その高周波成分を脈動周波数とする。このように、本実施形態によれば、前記光電脈波から動脈血酸素飽和度測定を測定すると同時に、呼吸回数を測定することができる。
【００５５】
以上、本発明を好適な実施形態に関連して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、その技術的範囲において、様々な変更又は変形を加えて実施し得ることは言うまでもない。例えば、受光素子の数は、１つの受光素子が異なる光を時間的に分けて受光するように設定することによって、少なくすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１      動脈血酸素飽和度測定装置
２      本体部
３      装着ベルト
４      フレキシブル基板
８      保護カバー
１１，１２  発光素子
１５〜１８  受光素子
１９    装着電極
２１    電池
３７    発信回路
４０    防水層
４１    樹脂保護層
【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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【図９】
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