(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一波長を含む第一の光を出射するように構成されている第一発光部と、
前記第一波長と異なる第二波長を含む第二の光を出射するように構成されている第二発光部と、
前記第一波長および前記第二波長の各々と異なる第三波長を含む第三の光を出射するように構成されている第三発光部と、
被検者の身体を透過あるいは反射した前記第一の光の強度に応じて第一強度信号を出力し、前記身体を透過あるいは反射した前記第二の光の強度に応じて第二強度信号を出力し、前記身体を透過あるいは反射した前記第三の光の強度に応じて第三強度信号を出力するように構成されている受光部と、
前記第一強度信号に基づいて、前記被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を取得するように構成されている第一変化量取得部と、
前記第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を取得するように構成されている第二変化量取得部と、
前記第三強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量を取得するように構成されている第三変化量取得部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を算出するように構成されている濃度算出部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記第三変化量の推定値を算出するように構成されている推定値算出部と、
前記第三変化量取得部により取得された前記第三変化量と、前記推定値算出部により算出された前記推定値に基づいて、前記血中吸光物質濃度の算出値の信頼性を評価するように構成されている評価部と、
を備えている、
パルスフォトメータ。
【請求項２】
前記第一の光と前記第二の光の一方は赤色光であり、
前記第一の光と前記第二の光の他方は赤外光である、
請求項１に記載のパルスフォトメータ。
【請求項３】
第四発光部と、
第四変化量取得部と、
を備えており、
前記第四発光部は、前記第一波長、前記第二波長、および前記第三波長の各々と異なる第四波長を含む第四の光を出射するように構成されており、
前記受光部は、前記身体を透過あるいは反射した前記第四の光の強度に応じて第四強度信号を出力するように構成されており、
前記第四変化量取得部は、前記第四強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第四の光の減光度変化量に対応する第四変化量を取得するように構成されており、
前記濃度算出部は、前記第一変化量、前記第二変化量、および前記第四変化量に基づいて、前記血中吸光物質濃度を算出するように構成されており、
前記推定値算出部は、前記第一変化量、前記第二変化量、および前記第四変化量に基づいて、前記推定値を算出するように構成されている、
請求項１または２に記載のパルスフォトメータ。
【請求項４】
前記第一波長、前記第二波長、前記第三波長、および前記第四波長は、６３０ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、８０５ｎｍ、８８０ｎｍ、および９４０ｎｍから選ばれている、
請求項３に記載のパルスフォトメータ。
【請求項５】
被検者の身体を透過あるいは反射した第一波長を含む第一の光の強度に対応する第一強度信号に基づいて、当該被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を取得するように構成されている第一変化量取得部と、
前記身体を透過あるいは反射した前記第一波長と異なる第二波長を含む第二の光の強度に対応する第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を取得するように構成されている第二変化量取得部と、
前記身体を透過あるいは反射した第三波長を含む第三の光の強度に対応する第三強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第一波長および前記第二波長の各々と異なる前記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量を取得するように構成されている第三変化量取得部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を算出するように構成されている濃度算出部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記第三変化量の推定値を算出するように構成されている推定値算出部と、
前記第三変化量取得部により取得された前記第三変化量と、前記推定値算出部により算出された前記推定値に基づいて、前記血中吸光物質濃度の算出値の信頼性を評価するように構成されている評価部と、
を備えている、
パルスフォトメータ。
【請求項６】
第四変化量取得部を備えており、
前記第四変化量取得部は、前記身体を透過あるいは反射した前記第一波長、前記第二波長、および前記第三波長の各々と異なる第四波長を含む第四の光の強度に対応する第四強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第四の光の減光度変化量に対応する第四変化量を取得するように構成されており、
前記濃度算出部は、前記第一変化量、前記第二変化量、および前記第四変化量に基づいて、前記血中吸光物質濃度を算出するように構成されており、
前記推定値算出部は、前記第一変化量、前記第二変化量、および前記第四変化量に基づいて、前記推定値を算出するように構成されている、
請求項５に記載のパルスフォトメータ。
【請求項７】
被検者の身体を透過あるいは反射した第一波長を含む第一の光の強度に対応する第一強度信号に基づいて、当該被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を、パルスフォトメータに取得させ、
前記身体を透過あるいは反射した前記第一波長と異なる第二波長を含む第二の光の強度に対応する第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を、前記パルスフォトメータに取得させ、
前記身体を透過あるいは反射した前記第一波長および前記第二波長の各々と異なる第三波長を含む第三の光の強度に対応する第三強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量を、前記パルスフォトメータに取得させ、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を、前記パルスフォトメータに算出させ、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記第三変化量の推定値を、前記パルスフォトメータに算出させ、
前記第三変化量と、前記第三変化量の推定値に基づいて、前記血中吸光物質濃度の算出値の信頼性を、前記パルスフォトメータに評価させる、
血中吸光物質濃度の算出値の信頼性評価方法。
【請求項８】
前記身体を透過あるいは反射した前記第一波長、前記第二波長、および前記第三波長の各々と異なる第四波長を含む第四の光の強度に対応する第四強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第四の光の減光度変化量に対応する第四変化量を、前記パルスフォトメータに取得させ、
前記血中吸光物質濃度は、前記第一変化量、前記第二変化量、および前記第四変化量に基づいて算出され、
前記推定値は、前記第一変化量、前記第二変化量、および前記第四変化量に基づいて算出される、
請求項７に記載の信頼性評価方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスフォトメータ、および血中吸光物質濃度の算出値の信頼性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスフォトメータは、被検者の血中吸光物質の濃度を算出する装置である。具体的には、当該血中吸光物質濃度によっ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。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、当該被検者の血液の脈動に伴って変化する。したがって、脈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。血中吸光物質濃度は、各波長に係る減光度変化量の比に基づいて算出される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
血中吸光物質濃度の一例として、血液の酸素化の指標として用いられる動脈血酸素飽和度（以下、ＳａＯ２と称する）が知られている。ＳａＯ２の値を得るためには観血的な測定が必要であるため、非観血的な算出が可能である経皮的動脈血酸素飽和度（以下、ＳｐＯ２と称する）が、当該指標として普及している。ＳｐＯ２は、パルスフォトメータの一例であるパルスオキシメータによって算出される。
【０００４】
上記のように得られた算出値の信頼性を評価する手法が知られている。例えば、特許文献２に記載された手法においては、所定の測定環境において予め取得されたデータ値と算出値を比較し、その差分に応じて当該算出値の信頼性を評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４１９６２０９号公報
【特許文献２】特許４８６５７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、非観血的に算出された血中吸光物質濃度の信頼性評価の正確性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第一の態様は、パルスフォトメータであって、
第一波長を含む第一の光を出射するように構成されている第一発光部と、
第二波長を含む第二の光を出射するように構成されている第二発光部と、
第三波長を含む第三の光を出射するように構成されている第三発光部と、
被検者の身体を透過あるいは反射した前記第一の光の強度に応じて第一強度信号を出力し、前記身体を透過あるいは反射した前記第二の光の強度に応じて第二強度信号を出力し、前記身体を透過あるいは反射した前記第三の光の強度に応じて第三強度信号を出力するように構成されている受光部と、
前記第一強度信号に基づいて、前記被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を取得するように構成されている第一変化量取得部と、
前記第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を取得するように構成されている第二変化量取得部と、
前記第三強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量を取得するように構成されている第三変化量取得部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を算出するように構成されている濃度算出部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記第三変化量の推定値を算出するように構成されている推定値算出部と、
前記第三変化量取得部により取得された前記第三変化量と、前記推定値算出部により算出された前記推定値に基づいて、前記血中吸光物質濃度の算出値の信頼性を評価するように構成されている評価部と、
を備えている。
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第二の態様は、パルスフォトメータであって、
被検者の身体を透過あるいは反射した第一波長を含む第一の光の強度に対応する第一強度信号に基づいて、当該被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を取得するように構成されている第一変化量取得部と、
前記身体を透過あるいは反射した第二波長を含む第二の光の強度に対応する第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を取得するように構成されている第二変化量取得部と、
前記身体を透過あるいは反射した第三波長を含む第三の光の強度に対応する第三強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量を取得するように構成されている第三変化量取得部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を算出するように構成されている濃度算出部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記第三変化量の推定値を算出するように構成されている推定値算出部と、
前記第三変化量取得部により取得された前記第三変化量と、前記推定値算出部により算出された前記推定値に基づいて、前記血中吸光物質濃度の算出値の信頼性を評価するように構成されている評価部と、
を備えている。
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第三の態様は、血中吸光物質濃度の算出値の信頼性評価方法であって、
被検者の身体を透過あるいは反射した第一波長を含む第一の光の強度に対応する第一強度信号に基づいて、当該被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を、前記パルスフォトメータに取得させ、
前記身体を透過あるいは反射した第二波長を含む第二の光の強度に対応する第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を、前記パルスフォトメータに取得させ、
前記身体を透過あるいは反射した第三波長を含む第三の光の強度に対応する第三強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量を、前記パルスフォトメータに取得させ、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を、前記パルスフォトメータに算出させ、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記第三変化量の推定値を、前記パルスフォトメータに算出させ、
前記第三変化量と、前記第三変化量の推定値に基づいて、前記血中吸光物質濃度の算出値の信頼性を、前記パルスフォトメータに評価させる。
【００１０】
上記のパルスフォトメータは、被検者の脈動に伴う第一の光の減光度変化量と第二の光の減光度変化量にそれぞれ対応する第一変化量と第二変化量を用いて血中吸光物質濃度を算出できるように構成されている。上記の構成によれば、血中吸光物質濃度の算出に必須ではない第三の光を用いて被検者の脈動に伴う当該第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量を実測値に基づいて取得しつつ、血中吸光物質濃度の算出過程で用いられる第一変化量と第二変化量に基づいて得られる第三変化量の推定値との比較がなされうる。
【００１１】
算出された血中吸光物質濃度の信頼性を動的かつリアルタイムに評価できるため、予め収集されたデータ群との比較に基づいて評価を行なう構成と比較して、より現状に即した評価を遂行できる。したがって、算出された血中吸光物質濃度の信頼性評価の正確性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態に係るパルスオキシメータの機能構成を示す図である。
【図２】第二実施形態に係るパルスオキシメータの機能構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、第一実施形態に係るパルスオキシメータ１（パルスフォトメータの一例）の機能構成を示す図である。パルスオキシメータ１は、被検者２のＳｐＯ２を算出する装置である。ＳｐＯ２は、酸素の運搬が可能なヘモグロビン量に対する酸化ヘモグロビン（血中吸光物質の一例）の割合（血中吸光物質濃度の一例）を示す。
【００１４】
パルスオキシメータ１は、第一発光部１１、第二発光部１２、第三発光部１３、受光部２０、第一変化量取得部３１、第二変化量取得部３２、第三変化量取得部３３、濃度算出部４０、推定値算出部５０、および評価部６０を備えている。
【００１５】
第一発光部１１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（赤外光の一例）が挙げられる。第一発光部１１は、例えば、第一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。
【００１６】
第二発光部１２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（赤色光の一例）が挙げられる。第二発光部１２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】
第三発光部１３は、第三波長λ３を含む第三の光を出射するように構成されている。第三波長λ３の例としては、９４０ｎｍ（赤外光の一例）が挙げられる。第三発光部１３は、例えば、第三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。
【００１８】
受光部２０は、被検者２の身体を透過あるいは反射した第一の光の強度に応じて、第一強度信号Ｉ１を出力するように構成されている。また、受光部２０は、当該被検者２の身体を透過あるいは反射した第二の光の強度に応じて、第二強度信号Ｉ２を出力するように構成されている。さらに、受光部２０は、被検者２の身体を透過あるいは反射した第三の光の強度に応じて、第三強度信号Ｉ３を出力するように構成されている。受光部２０は、例えば、第一波長λ１、第二波長λ２、および第三波長λ３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】
第一発光部１１、第二発光部１２、第三発光部１３、および受光部２０は、被検者２の身体に装着されるプローブ（不図示）に支持されている。プローブは、パルスオキシメータ１から取り外し可能である。プローブの構成それ自体は周知であるため、詳細な説明は省略する。
【００２０】
第一変化量取得部３１は、受光部２０から出力された第一強度信号Ｉ１の経時変化に基づいて、被検者２の血液の脈動に伴う第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量ΔＡ１を取得するように構成されている。第一変化量ΔＡ１は、次式により表される。
ΔＡ１＝ｌｎ［Ｉ１／（Ｉ１−ΔＩ１）］≒ΔＩ１／Ｉ１                 （１）
ここで、ΔＩ１は、被検者２の血液の脈動に伴う、第一強度信号Ｉ１の変化量を示している。
【００２１】
第二変化量取得部３２は、受光部２０から出力された第二強度信号Ｉ２の経時変化に基づいて、被検者２の血液の脈動に伴う第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量ΔＡ２を取得するように構成されている。第二変化量ΔＡ２は、次式により表される。
ΔＡ２＝ｌｎ［Ｉ２／（Ｉ２−ΔＩ２）］≒ΔＩ２／Ｉ２                 （２）
ここで、ΔＩ２は、被検者２の血液の脈動に伴う、第二強度信号Ｉ２の変化量を示している。
【００２２】
第三変化量取得部３３は、受光部２０から出力された第三強度信号Ｉ３の経時変化に基づいて、被検者２の血液の脈動に伴う第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量ΔＡ３を取得するように構成されている。第三変化量ΔＡ３は、次式により表される。
ΔＡ３＝ｌｎ［Ｉ３／（Ｉ３−ΔＩ３）］≒ΔＩ３／Ｉ３                 （３）
ここで、ΔＩ３は、被検者２の血液の脈動に伴う、第三強度信号Ｉ３の変化量を示している。
【００２３】
濃度算出部４０は、第一変化量取得部３１により取得された第一変化量ΔＡ１と第二変化量取得部３２により取得された第二変化量ΔＡ２に基づいて、被検者２のＳｐＯ２を算出するように構成されている。具体的には、以下に示す処理を行なうように構成されている。
【００２４】
第一変化量ΔＡ１と第二変化量ΔＡ２は、次式で表わされうる。
ΔＡ１＝ΔＡｂ１＋ΔＡｔ１＝Ｅｂ１ＨｂΔＤｂ＋Σｔ１ΔＤｔ          （４）
ΔＡ２＝ΔＡｂ２＋ΔＡｔ２＝Ｅｂ２ＨｂΔＤｂ＋Σｔ２ΔＤｔ          （５）
ここで、Ｅは、吸光係数（dl g-1cm-1）を表している。Ｈｂは、血中ヘモグロビン濃度（g dl-1）を表している。Σは、減光率（cm-1）を表している。ΔＤは、血液の脈動に伴う厚み変化（cm）を表している。添字ｂは、血液を表している。添字ｔは、血液以外の組織を表している。添字１は、第一の光を表している。添字２は、第二の光を表している。
【００２５】
式（４）と式（５）は、以下のように変形されうる。
ΔＡ１＝Ｅｂ１ＨｂΔＤｂ＋Σｔ１ΔＤｔ
＝［Ｅｂ１＋（Σｔ１ΔＤｔ）／（ＨｂΔＤｂ）］（ＨｂΔＤｂ）
＝（Ｅｂ１＋Ｅｘ１）（ＨｂΔＤｂ）                             （６）
ΔＡ２＝Ｅｂ２ＨｂΔＤｂ＋Σｔ２ΔＤｔ
＝［Ｅｂ２＋（Σｔ２ΔＤｔ）／（ＨｂΔＤｂ）］（ＨｂΔＤｂ）
＝（Ｅｂ２＋Ｅｘ２）（ＨｂΔＤｂ）                             （７）
ここで、Ｅｘは（ΣｔΔＤｔ）／（ＨｂΔＤｂ）を置き換えた変数である。添字１は、第一の光を表している。添字２は、第二の光を表している。
【００２６】
式（６）と式（７）は、以下のように変形されうる。
Ｅｂ１＋Ｅｘ１−ΔＡ１／（ＨｂΔＤｂ）＝０                          （８）
Ｅｂ２＋Ｅｘ２−ΔＡ２／（ＨｂΔＤｂ）＝０                          （９）
【００２７】
式（９）に関し、第二の光の血液の吸光係数Ｅｂ２は、第一の光の血液の吸光係数Ｅｂ１により、以下のように近似されうる。
Ｅｂ２＝ａ２Ｅｂ１＋ｂ２                                           （１０）
ここで、ａとｂは定数である。添字１は、第一の光を表している。添字２は、第二の光を表している。
【００２８】
また、第二の光のＥｘ２は、第一の光のＥｘ１により、以下のように近似されうる。
Ｅｘ２＝α２Ｅｘ１＋β２                                           （１１）
ここで、αとβは定数である。添字１は、第一の光を表している。添字２は、第二の光を表している。
【００２９】
式（１０）と式（１１）を用いて式（８）および式（９）を書き換えると、次式が得られる。
Ｅｂ１＋Ｅｘ１−ΔＡ１／（ＨｂΔＤｂ）＝０
Ｅｂ１−ΔＡ１／（ＨｂΔＤｂ）＝−Ｅｘ１                           （１２）
（ａ２Ｅｂ１＋ｂ２）＋（α２Ｅｘ１＋β２）−ΔＡ２／（ＨｂΔＤｂ）＝０
ａ２Ｅｂ１−ΔＡ２／（ＨｂΔＤｂ）＝−α２Ｅｘ１−β２−ｂ２   
（１３）
【００３０】
Ｅｘ１として統計的に得られる定数値を用いると、次の行列式を計算することにより、変数であるＥｂ１とＨｂΔＤｂの値が得られる。
【数１】
0006741485.tif 000002
【００３１】
百分率表記であるＳｐＯ２を、小数表記であるＳに単位換算すると、第一の光の吸光係数Ｅｂ１は、次式で表わされる。
Ｅｂ１＝Ｅｏ１Ｓ＋Ｅｒ１（１−Ｓ）                                  （１５）
ここで、Ｅｏは、酸化ヘモグロビンの吸光係数を表している。Ｅｒは、脱酸化ヘモグロビンの吸光係数を表している。添字１は、第一の光を表している。したがって、濃度算出部４０は、次式によりＳｐＯ２の値を算出する。
Ｓ＝（Ｅｂ１−Ｅｒ１）／（Ｅｏ１−Ｅｒ１）                          （１６）
【００３２】
推定値算出部５０は、第一変化量取得部３１により取得された第一変化量ΔＡ１と第二変化量取得部３２により取得された第二変化量ΔＡ２に基づいて、上記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量ΔＡ３の推定値ΔＡ３’を算出するように構成されている。具体的には、以下に示す処理を行なうように構成されている。
【００３３】
推定値ΔＡ３’は、次式で表わされうる。
ΔＡ３’＝ΔＡｂ３＋ΔＡｔ３＝Ｅｂ３ＨｂΔＤｂ＋Σｔ３ΔＤｔ        （１７）
前述のように、Ｅは、吸光係数（dl g-1 cm-1）を表している。Ｈｂは、血中ヘモグロビン濃度（g dl-1）を表している。Σは、減光率（cm-1）を表している。ΔＤは、血液の脈動に伴う厚み変化（cm）を表している。添字ｂは、血液を表している。添字ｔは、血液以外の組織を表している。添字３は、第三の光を表している。
【００３４】
式（１７）は、以下のように変形されうる。
ΔＡ３’＝Ｅｂ３ＨｂΔＤｂ＋Σｔ３ΔＤｔ
＝［Ｅｂ３＋（Σｔ３ΔＤｔ）／（ＨｂΔＤｂ）］（ＨｂΔＤｂ）
＝（Ｅｂ３＋Ｅｘ３）（ＨｂΔＤｂ）                           （１８）
前述のように、Ｅｘは（ΣｔΔＤｔ）／（ＨｂΔＤｂ）を置き換えた変数である。添字３は、第三の光を表している。
【００３５】
式（１８）に関し、第三の光の血液の吸光係数Ｅｂ３は、第一の光の血液の吸光係数Ｅｂ１により、以下のように近似されうる。
Ｅｂ３＝ａ３Ｅｂ１＋ｂ３                                            （１９）
前述のように、ａとｂは定数である。添字１は、第一の光を表している。添え字３は、第三の光を表している。
【００３６】
また、第三の光のＥｘ３は、第一の光のＥｘ１により、以下のように近似されうる。
Ｅｘ３＝α３Ｅｘ１＋β３                                            （２０）
ここで、αとβは定数である。添字１は、第一の光を表している。添字３は、第三の光を表している。
【００３７】
式（１９）と式（２０）を用いて式（１８）を書き換えると、次式が得られる。
ΔＡ３’＝［（ａ３Ｅｂ１＋ｂ３）＋（α３Ｅｘ１＋β３）］ＨｂΔＤｂ  （２１）
【００３８】
したがって、式（１４）を通じて濃度算出部４０により取得されたＥｂ１とＨｂΔＤｂの値を式（２１）に代入することにより、推定値ΔＡ３’が算出されうる。
【００３９】
評価部６０は、第三変化量取得部３３により取得された第三変化量ΔＡ３と、推定値算出部５０により算出された推定値ΔＡ３’に基づいて、濃度算出部４０により算出されたＳｐＯ２の値の信頼性を評価するように構成されている。
【００４０】
具体的には、評価部６０は、第三変化量ΔＡ３とその推定値ΔＡ３’の比を計算する。その値が０．９から１．１の範囲内であれば、評価部６０は、濃度算出部４０により算出されたＳｐＯ２の値は信頼できると評価する。第三変化量ΔＡ３とその推定値ΔＡ３’の比の値が当該範囲外である場合、評価部６０は、濃度算出部４０により算出されたＳｐＯ２の値は信頼できないと評価する。
【００４１】
推定値ΔＡ３’が実測に基づく第三変化量ΔＡ３の取得値と異なる原因としては、プローブの所定装着部位からのずれや、装置の動作不良などが考えられる。濃度算出部４０により算出されたＳｐＯ２の値が信頼できないと評価された場合、評価部６０は、視覚的な報知と聴覚的な報知の少なくとも一方を、ユーザに対して行なう。当該報知を受けたユーザは、然るべき対応を行なう。
【００４２】
本実施形態に係るパルスオキシメータ１は、被検者２の脈動に伴う第一の光の減光度変化量と第二の光の減光度変化量にそれぞれ対応する第一変化量ΔＡ１と第二変化量ΔＡ２を用いてＳｐＯ２を算出できるように構成されている。上記のような構成によれば、ＳｐＯ２の算出に必須ではない第三の光を用いて被検者２の脈動に伴う当該第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量ΔＡ３を実測値に基づいて取得しつつ、ＳｐＯ２の算出過程で用いられる第一変化量ΔＡ１と第二変化量ΔＡ２に基づいて得られる第三変化量ΔＡ３の推定値ΔＡ３’との比較がなされうる。
【００４３】
算出されたＳｐＯ２の信頼性を動的かつリアルタイムに評価できるため、予め収集されたデータ群との比較に基づいて評価を行なう構成と比較して、より現状に即した評価を遂行できる。したがって、算出されたＳｐＯ２の信頼性評価の正確性を向上できる。
【００４４】
本実施形態においては、ＳｐＯ２の算出に係る第一の光として赤外光が用いられ、第二の光として赤色光が用いられている。しかしながら、第一の光として赤色光が用いられ、第二の光として赤外光が用いられてもよい。また、ＳｐＯ２の信頼性評価に係る第三の光として赤外光が用いられている。しかしながら、第三の光として赤色光が用いられてもよい。
【００４５】
赤色光と赤外光は、酸素飽和度によって血液の吸光係数の比が異なる組合せであるため、特にＳｐＯ２の算出の正確性を向上させることができる。
【００４６】
本実施形態においては、共通の受光部２０が、第一発光部１１から出射された第一の光、第二発光部１２から出射された第二の光、および第三発光部１３から出射された第三の光を受けるように構成されている。しかしながら、第一の光を受けるための受光部、第二の光を受けるための受光部、および第三の光を受けるための受光部の少なくとも一つが独立して設けられる構成も採用されうる。
【００４７】
本実施形態において、第一変化量取得部３１、第二変化量取得部３２、第三変化量取得部３３、濃度算出部４０、推定値算出部５０、および評価部６０の機能は、通信可能に接続されたプロセッサとメモリの協働により実行されるソフトウェアにより実現されている。プロセッサの例としては、ＣＰＵやＭＰＵが挙げられる。メモリの例としては、ＲＡＭやＲＯＭが挙げられる。しかしながら、第一変化量取得部３１、第二変化量取得部３２、第三変化量取得部３３、濃度算出部４０、推定値算出部５０、および評価部６０の少なくとも一つの機能は、回路素子などのハードウェアにより、あるいはハードウェアとソフトウェアの組合せにより実現されうる。
【００４８】
図２は、第二実施形態に係るパルスオキシメータ１Ａの機能構成を示す図である。第一実施形態に係るパルスオキシメータ１と同一あるいは同等の構成要素については、同一の参照番号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。
【００４９】
パルスオキシメータ１Ａは、第一発光部１１、第二発光部１２、第三発光部１３、第四発光部１４、受光部２０Ａ、第一変化量取得部３１、第二変化量取得部３２、第三変化量取得部３３、第四変化量取得部３４、濃度算出部４０Ａ、推定値算出部５０Ａ、および評価部６０Ａを備えている。
【００５０】
第四発光部１４は、第四波長λ４を含む第四の光を出射するように構成されている。第四波長λ４の例としては、７００ｎｍ（赤色光の一例）、７３０ｎｍ（赤色光の一例）、８０５ｎｍ（赤外光の一例）などが挙げられる。第四発光部１４は、例えば、第四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。
【００５１】
受光部２０Ａは、被検者２の身体を透過あるいは反射した第四の光の強度に応じて、第四強度信号Ｉ４を出力するように構成されている。
【００５２】
第四変化量取得部３４は、受光部２０Ａから出力された第四強度信号Ｉ４の経時変化に基づいて、被検者２の血液の脈動に伴う第四の光の減光度変化量に対応する第四変化量ΔＡ４を取得するように構成されている。第四変化量ΔＡ４は、次式で表される。
ΔＡ４＝ｌｎ［Ｉ４／（Ｉ４−ΔＩ４）］≒ΔＩ４／Ｉ４                 （２２）
ここで、ΔＩ４は、被検者２の血液の脈動に伴う、第四強度信号Ｉ４の変化量を示している。
【００５３】
濃度算出部４０Ａは、第一変化量取得部３１により取得された第一変化量ΔＡ１、第二変化量取得部３２により取得された第二変化量ΔＡ２、および第四変化量取得部３４により取得された第四変化量ΔＡ４に基づいて、被検者２のＳｐＯ２を算出するように構成されている。具体的には、以下に示す処理を行なうように構成されている。
【００５４】
第四変化量ΔＡ４は、次式で表されうる。
ΔＡ４＝ΔＡｂ４＋ΔＡｔ４＝Ｅｂ４ＨｂΔＤｂ＋Σｔ４ΔＤｔ            （２３）
前述のように、Ｅは、吸光係数（dl g-1 cm-1）を表している。Ｈｂは、血中ヘモグロビン濃度（g dl-1）を表している。Σは、減光率（cm-1）を表している。ΔＤは、血液の脈動に伴う厚み変化（cm）を表している。添字ｂは、血液を表している。添字ｔは、血液以外の組織を表している。添字４は、第四の光を表している。
【００５５】
式（２３）は、以下のように変形されうる。
ΔＡ４＝Ｅｂ４ＨｂΔＤｂ＋Σｔ４ΔＤｔ
＝［Ｅｂ４＋（Σｔ４ΔＤｔ）／（ＨｂΔＤｂ）］（ＨｂΔＤｂ）
＝（Ｅｂ４＋Ｅｘ４）（ＨｂΔＤｂ）                               （２４）
前述のように、Ｅｘは（ΣｔΔＤｔ）／（ＨｂΔＤｂ）を置き換えた変数である。添字４は、第四の光を表している。
【００５６】
式（２４）に関し、第四の光の血液の吸光係数Ｅｂ４は、第一の光の血液の吸光係数Ｅｂ１により、以下のように近似されうる。
Ｅｂ４＝ａ４Ｅｂ１＋ｂ４                                              （２５）
前述のように、ａとｂは定数である。添字１は、第一の光を表している。添字４は、第四の光を表している。
【００５７】
また、第四の光のＥｘ４は、第一の光のＥｘ１により、以下のように近似されうる。
Ｅｘ４＝α４Ｅｘ１＋β４                                            （２６）
ここで、αとβは定数である。添字１は、第一の光を表している。添字４は、第四の光を表している。
【００５８】
式（１２）と式（１３）を変形し、式（２５）と式（２６）を用いて式（２４）を書き換えると、次式が得られる。
Ｅｂ１＋Ｅｘ１−ΔＡ１／（ＨｂΔＤｂ）＝０                            （２７）
ａ２Ｅｂ１＋α２Ｅｘ１−ΔＡ２／（ＨｂΔＤｂ）＝−ｂ２−β２          （２８）
（ａ４Ｅｂ１＋ｂ４）＋（α４Ｅｘ１＋β４）−ΔＡ４／（ＨｂΔＤｂ）＝０
ａ４Ｅｂ１＋α４Ｅｘ１−ΔＡ４／（ＨｂΔＤｂ）＝−ｂ４−β４          （２９）
【００５９】
本実施形態においては、Ｅｘ１も変数として扱われる。次の行列式を計算することにより、変数であるＥｂ１、Ｅｘ１、およびＨｂΔＤｂの値が得られる。
【数２】
0006741485.tif 000003
【００６０】
濃度算出部４０Ａは、取得した第一の光の吸光係数Ｅｂ１を式（１６）に代入することにより、ＳｐＯ２の値を算出する。
【００６１】
推定値算出部５０Ａは、第一変化量取得部３１により取得された第一変化量ΔＡ１、第二変化量取得部３２により取得された第二変化量ΔＡ２、および第四変化量取得部３４により取得された第四変化量ΔＡ４に基づいて、上記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量ΔＡ３の推定値ΔＡ３’を算出するように構成されている。
【００６２】
具体的には、式（３０）を通じて濃度算出部４０Ａにより取得されたＥｂ１、Ｅｘ１、およびＨｂΔＤｂの値を式（２１）に代入することにより、推定値ΔＡ３’が算出されうる。
【００６３】
評価部６０Ａは、第三変化量取得部３３により取得された第三変化量ΔＡ３と、推定値算出部５０Ａにより算出された推定値ΔＡ３’に基づいて、濃度算出部４０Ａにより算出されたＳｐＯ２の値の信頼性を評価するように構成されている。
【００６４】
具体的には、評価部６０Ａは、第三変化量ΔＡ３とその推定値ΔＡ３’の比を計算する。その値が０．９から１．１の範囲内であれば、評価部６０Ａは、濃度算出部４０Ａにより算出されたＳｐＯ２の値は信頼できると評価する。第三変化量ΔＡ３とその推定値ΔＡ３’の比の値が当該範囲外である場合、評価部６０Ａは、濃度算出部４０Ａにより算出されたＳｐＯ２の値は信頼できないと評価する。
【００６５】
濃度算出部４０Ａにより算出されたＳｐＯ２の値が信頼できないと評価された場合、評価部６０Ａは、視覚的な報知と聴覚的な報知の少なくとも一方を、ユーザに対して行なう。当該報知を受けたユーザは、然るべき対応を行なう。
【００６６】
本実施形態に係るパルスオキシメータ１Ａは、被検者２の脈動に伴う第一の光の減光度変化量、第二の光の減光度変化量、および第四の光の減光度変化量にそれぞれ対応する第一変化量ΔＡ１、第二変化量ΔＡ２、および第四変化量ΔＡ４を用いてＳｐＯ２を算出できるように構成されている。上記のような構成によれば、ＳｐＯ２の算出に必須ではない第三の光を用いて被検者２の脈動に伴う当該第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量ΔＡ３を実測値に基づいて取得しつつ、ＳｐＯ２の算出過程で用いられる第一変化量ΔＡ１、第二変化量ΔＡ２、および第四変化量ΔＡ４に基づいて得られる第三変化量ΔＡ３の推定値ΔＡ３’との比較がなされうる。
【００６７】
算出されたＳｐＯ２の信頼性を動的かつリアルタイムに評価できるため、予め収集されたデータ群との比較に基づいて評価を行なう構成と比較して、より現状に即した評価を遂行できる。特に三波長を用いてＳｐＯ２の算出が行なわれるため、推定値ΔＡ３の算出に必要とされる三つの変数全てを実測値に基づいて取得できる。したがって、算出されたＳｐＯ２の信頼性評価の正確性をより向上できる。
【００６８】
本実施形態においては、ＳｐＯ２の算出に係る第一の光として赤外光が用いられ、第二の光として赤色光が用いられている。しかしながら、第一の光として赤色光が用いられ、第二の光として赤外光が用いられてもよい。また、ＳｐＯ２の信頼性評価に係る第三の光として赤外光が用いられている。しかしながら、第三の光として赤色光が用いられてもよい。
【００６９】
赤色光と赤外光は、酸素飽和度によって血液の吸光係数の比が異なる組合せであるため、特にＳｐＯ２の算出の正確性を向上させることができる。
【００７０】
本実施形態においては、共通の受光部２０Ａが、第一発光部１１から出射された第一の光、第二発光部１２から出射された第二の光、第三発光部１３から出射された第三の光、および第四発光部１４から出射された第四の光を受けるように構成されている。しかしながら、第一の光を受けるための受光部、第二の光を受けるための受光部、第三の光を受けるための受光部、および第四の光を受けるための受光部の少なくとも一つが独立して設けられる構成としてもよい。
【００７１】
本実施形態において、第一変化量取得部３１、第二変化量取得部３２、第三変化量取得部３３、第四変化量取得部３４、濃度算出部４０Ａ、推定値算出部５０Ａ、および評価部６０Ａの機能は、通信可能に接続されたプロセッサとメモリの協働により実行されるソフトウェアにより実現されている。プロセッサの例としては、ＣＰＵやＭＰＵが挙げられる。メモリの例としては、ＲＡＭやＲＯＭが挙げられる。しかしながら、第一変化量取得部３１、第二変化量取得部３２、第三変化量取得部３３、第四変化量取得部３４、濃度算出部４０Ａ、推定値算出部５０Ａ、および評価部６０Ａの少なくとも一つの機能は、回路素子などのハードウェアにより、あるいはハードウェアとソフトウェアの組合せにより実現されうる。
【００７２】
上記の各実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の各実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。また、等価物が本発明の技術的範囲に含まれることは明らかである。
【００７３】
上記の各実施形態においては、ＳｐＯ２を算出するパルスオキシメータが例示されている。しかしながら、本発明は、他の血中吸光物質の濃度を算出する他のパルスフォトメータに適用可能である。他の血中吸光物質の例としては、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。その場合、対象とする血中吸光物質濃度によって血液の吸光係数の比が実質的に異なる組合せとなるように各光の波長が選ばれる。また、複数種の血中吸光物質の濃度を算出するパルスフォトメータにおいては、一方の血中吸光物質の濃度算出に必須ではない信頼性評価用の光を他方の血中吸光物質の濃度算出に用いてもよい。
【００７４】
四種以上の波長を含む四種以上の光が血中吸光物質濃度の算出に用いられる構成とされうる。上記のような構成によれば、血中吸光物質濃度の算出に必須ではない第五の光を用いて、算出された血中吸光物質濃度の信頼性を評価できる。例えば、５つの波長λ１、λ２、λ３、λ４、およびλ５は、以下のように選ばれうる。
λ１＝６３０ｎｍ、λ２＝６６０ｎｍ、λ３＝７００ｎｍ、λ４＝８８０ｎｍ、λ５＝９４０ｎｍ
λ１＝６６０ｎｍ、λ２＝７００ｎｍ、λ３＝７３０ｎｍ、λ４＝８８０ｎｍ、λ５＝９４０ｎｍ
【００７５】
上記の各実施形態においては、パルスフォトメータの一例として、パルスオキシメータを例示した。本明細書で用いられる「パルスフォトメータ」という語は、ＳｐＯ２を算出する機能を有する生体情報モニタ、除細動器、医療用送信機などを含む意味である。
【符号の説明】
【００７６】
１、１Ａ：パルスオキシメータ、２：被検者、１１：第一発光部、１２：第二発光部、１３：第三発光部、１４：第四発光部、２０、２０Ａ：受光部、３１：第一変化量取得部、３２：第二変化量取得部、３３：第三変化量取得部、３４：第四変化量取得部、４０、４０Ａ：濃度算出部、５０、５０Ａ：推定値算出部、６０、６０Ａ：評価部、λ１：第一波長、λ２：第二波長、λ３：第三波長、λ４：第四波長、Ｉ１：第一強度信号、Ｉ２：第二強度信号、Ｉ３：第三強度信号、Ｉ４：第四強度信号、ΔＡ１：第一変化量、ΔＡ２：第二変化量、ΔＡ３：第三変化量、ΔＡ３’：第三変化量の推定値、ΔＡ４：第四変化量
【図１】
0006741485.tif 000004
【図２】
0006741485.tif 000005