(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学医学センシングシステムに使用するためのプローブ・セグメントであって、
患者へ向けられる第一の波長スペクトルの光を送るための第一のファイバー光学系、及び
前記患者からの前記第一の波長スペクトルの光を送るための第二のファイバー光学系、
から成り、
当該プローブ・セグメントが、前記第一及び第二のファイバー光学系を通じる前記第一の波長スペクトルのシフトに一致する信号を与えるための素子、
からさらに成ることを特徴とする、プローブ・セグメント。
【請求項２】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
前記素子が、前記第一の波長スペクトルの前記シフトの計測できるように配置される、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項３】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
前記素子が、前記第一の波長のスペクトルの前記シフトに一致するコード化値を与える、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項４】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
前記第一の波長スペクトルが、赤外線スペクトルである、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項５】
請求項４のプローブ・セグメントであって、
前記第一の波長スペクトルが、赤外線スペクトルであり、
前記第一のファイバー光学系に接続した赤色波長スペクトルエミッタ、
前記第二の赤色波長スペクトルに一致する信号を与える第二の素子、
からさらに成るプローブ・セグメント。
【請求項６】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
当該セグメントが、着脱可能の第一及び第二のセグメントからなり、
前記第一及び第二のファイバー光学系及び前記素子が、前記第一のセグメントに接続され、
前記第二のセグメントが、
前記第一のファイバー光学系に接続した第三のファイバー光学系、
前記第二のファイバー光学系に接続した第四のファイバー光学系、及び
前記第三及び第四のファイバー光学系を通じる第一の波長のスペクトルの波長シフトに一致する信号を与える第二の素子、
から成る、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項７】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
前記素子が、インピーダンスから成る、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項８】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
前記素子が、別の第三のファイバー光学系から成る、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項９】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
前記素子が、第一のフルオロフォアの第一の量、及び第二のフルオロフォアの第二の量、から成り、前記量に対する前記第一の量の比が、前記波長シフトに一致するように選択される、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項１０】
請求項８のプローブ・セグメントであって、
前記素子が、第四のファイバー光学系からさらに成り、前記第四のファイバー光学系が、前記第三のファイバー光学系の光のフラクションを送る、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項１１】
請求項８のプローブ・セグメントであって、
前記第三のファイバー光学系が、実質的に、前記第一及び第二のファイバー光学系を結合した長さである、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項１２】
請求項８のプローブ・セグメントであって、
前記第三のファイバー光学系が、実質的に、前記第一及び第二のファイバー光学系のうちの一方のものの長さであり、
前記第三のファイバー光学系の一方の端部に取り付けたリフレクタからさらに成る、プローブ・セグメント。
【請求項１３】
請求項８のプローブ・セグメントであって、
前記素子が、前記第一の波長のスペクトルに一致する値をコード化するための前記第三のファイバー光学系に接続したフィルターからさらに成る、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項１４】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
前記光学医学センシングシステムが、オキシメータシステムである、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項１５】
オキシメータプローブシステムであって、
赤色波長スペクトルエミッタ、
赤外線波長スペクトルエミッタ、
前記赤色及び赤外線波長スペクトルエミッタに接続した少なくとも一つのファイバー光学系、
前記ファイバー光学系を通じる前記赤外線波長スペクトルのシフトに一致するコード化値を与える第一の素子、及び
前記赤色波長スペクトルに一致する信号を与える第二の素子、
から成るオキシメータプローブシステム。
【請求項１６】
請求項１５のオキシメータプローブシステムであって、
発光刺激波長の光を放射するための第三のエミッタ、
からさらに成り、
前記第一の素子が、
第一のフルオロフォアの第一の量、及び
第二のフルオロフォアの第二の量、
から成り、
前記フルオロフォアが、前記発光刺激波長に応答し、
前記第二の量に対する前記第一の量の比が、前記スペクトルシフトに一致するように選択される、
ところのオキシメータプローブシステム。
【請求項１７】
請求項１のプローブ・セグメントであって、
前記第一のセグメントに接続した第二のセグメント、
からさらに成り、
前記第二のセグメントが、
前記第一のファイバー光学系に接続した第三のファイバー光学系、
前記第二のファイバー光学系に接続した第四のファイバー光学系、
前記第三及び第四のファイバー光学系を通じる前記第一の波長スペクトルの波長シフトに一致する情報を含む結合信号を与えるために、前記第一の信号を変更する第二の素子、
を含む、
ところのプローブ・セグメント。
【請求項１８】
請求項１のプローブ・セグメントとともに使用するための光学医学センシングインスツルメントであって、
生体アナライトの濃度を決定するための適当な係数を使用して、前記第二のファイバー光学系を通じて受信した光の量に一致する第二の信号で作動するプロセッサ、及び
前記適当な係数を選択するために、前記第一の信号に応答するデテクタ、
から成るインスツルメント。
【請求項１９】
請求項１８のインスツルメントであって、
前記デテクタに接続した前記係数のテーブル、
からさらに成るインスツルメント。
【請求項２０】
請求項１８のインスツルメントであって、
前記プロセッサが、前記係数を計算する、
ところのインスツルメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、ファイバー光学系パルスオキシメータに関し、特に、本発明は、光学信号の波長シフトを測定し、補償するための装置に関するものである。
【０００２】
パルスオキシメータは、典型的に、限定するわけではないが、動脈血中のヘモグロビンの血中酸素飽和度、組織に供給する個々の拍動血液体積、及び患者の各心拍に対応する拍動血液の割合を含む種々の血流特性を測定するために使用される。これらの特性の測定は、血液が組織に灌流するところの患者の組織の一部に光を通過させ、このような組織における光の吸収を光電的に検知する非侵入式センサの使用により遂行されている。次に、吸収された光量は、測定される血液成分の量を計算するために使用される。
【０００３】
組織を通過した光は、血液中の血液成分量を表す量だけ血液中に吸収される一つ以上の波長からなるものが選択される。組織を通じて送られる光の量は、組織中の血液成分量及び関連する光吸収度の変化に従って変化する。
【０００４】
血中酸素レベルを測定するために、センサは、光源及び血中酸素飽和を測定するための既知の技術に従って、二つの異なる波長の操作に適合した光電検出器を備えている。
【０００５】
この操作はＬＥＤの波長を知ることに依存する。実際に作られたＬＥＤの波長が変化し得るので、抵抗（“Ｒｃａｌ”）が、少なくとも一つのＬＥＤの実際の波長に対応する抵抗の値をもつセンサ内に配置される。インスツルメントはオンにされると、まず、コード化抵抗に電流を適用し、電圧を測定して、抵抗の値、及びプローブ内のＬＥＤの波長の値を決定する。このような符号化機構の例は、米国特許第4、700、708号に示されている。
【０００６】
ＬＥＤの特徴に関連するコード化した情報を記憶するための他の方法が米国特許第4、942、877号に示されている。この特許は、デジタル情報（これはセンサプローブから離れたオキシメータに並列的又は直列的に与えることができる）を記憶するためのEPROMの使用を開示する。
【０００７】
センサの特性をコード化する他の例が他の分野に存在する。米国特許第4、446、715号（Camino Laboratoriesに譲渡されている）において、圧力トランスデューサーの特徴に関連するコード化した情報を与えるために、多くの抵抗が使用されている。米国特許第3、790、910号は個々のトランスデューサーの特徴を記憶するROMをもつ他の圧力トランスデューサーを開示する。米国特許第4、303、984号は、PROM内に記憶されたデジタル特徴化情報（これはシフトレジスタを使用して連続的に読み取られる）をもつ他のセンサを示す。
【０００８】
典型的に、コード化素子がセンサそれ自身内に設けられている。たとえば、米国特許第4、621、643号はセンサ素子それ自身内に取り付けられたコード化抵抗を示す。さらに、米国特許第5、246、003号は、センサそれ自身上に伝導性材料がプリントされて形成されたコード化抵抗を示す。
【０００９】
いくつかの装置では、患者に取り付けられた装置に、ケーブルにより連結された電気的クネクターがコード化素子を含むことができる。たとえば、米国特許第3、720、199号はカテーテルとコンソールとの間にコネクタを有する内動脈バルーン・カテーテルを示す。コネクタは特定バルーンの体積測定上の変移を表すために選択された値をもつ抵抗を含む。米国特許第4、684、245号は、プロセッサに接続されたファイバー光学ワイヤと電気ワイヤとの間にモジュールをもつファイバー光学カテーテルを開示する。モジュールは光信号を電気信号に変換するもので、モジュールとカテーテルがプロセッサとの接続を解くことができ、再度の較正の必要なく、異なるプロセッサとともに使用できるように、較正信号を記憶するメモリーを含む。いくつかの応用例において、ファイバー光学が、離れた光エミッター及び検出器からの光を伝え、患者に取り付けられたセンサ・プローブに伝えるために使用された。このような応用例の一つは胎児用オキシメータである（ここでは、子宮内へ伸びる電気ワイヤは避けることが望ましい）。他の応用例はＭＲＩ検査を受ける患者に取り付けるものである（ここではＭＲＩ波と電気ケーブルとの間の結合は望ましくない）。ファイバー光学系を使用するオキシメータを記述する特許の例が米国特許第5、279、295号（これはＭＲＩ環境用のパルスオキシメータに結合したファイバー光学を示す。）、米国特許第5、096、294号（これは植物用のDCオキシメータを示す）、及び米国特許第3、847、483号である。
【００１０】
典型的に、ファイバー光学系はガラス、プラスチックいずれでも作ることができる。プラスチック製ファイバー光学系は典型的に、安価で必要に応じて容易に曲げることができる。しかし、赤外線光がプラスチック製光学ケーブルの長さにわたって顕著にシフトを受るが、ガラス製ケーブルにおいては程度が小さい波長をもつ。血中酸素飽和度計算が使用される赤外線波長に依存することから、血中酸素飽和度計算においてシフトはエラーを生じさせる。
【００１１】
発明の要約
本発明は、光を患者に伝える第一のファイバー光学系、及び患者から戻る光を伝える第二のファイバー光学系をもつ、オキシメータプローブ・セグメントを提供する。光は、第一及び第二のファイバー光学系を伝わることで、シフトを受け得る波長スペクトルである。プローブ・セグメントは第一及び第二のファイバー光学系を通過する波長スペクトルのシフトに対応する信号を与えるために構成された素子を含む。信号はシフトを実際に測定するために使用することができ、又はこれに代えて信号それ自身、シフトに対応するコード化された値とすることができる。
【００１２】
オキシメータは、次に、血中酸素飽和度を計算するための適当な計数を選択、又は計算するために、シフトに対応する信号を使用することができる。プローブ・セグメントは患者に取り付けるセンサに接続することができ、又はセンサとオキシメータとの間に接続された中間アダプタとすることもできる。
【００１３】
一実施例において、一つ以上の分かれたファイバー光学系線路がシフト信号を与える素子の一部として設けられる。この分かれた線路は波長のシフトを直接測定するために使用することができ、また波長シフトの符号化に対応する、フィルターを通した、又は他の修正が加えられた光信号を与えることもできる。これに代えて、シフト値の符号化のために、抵抗又は他の電気的インピーダンスを使用することができる。
【００１４】
一実施例のおいて、複数のプローブ・セグメントが使用され、それぞれが特定セグメントによる波長シフトに対応する、自らのシフト素子をもつ。複数のセグメントが共に接続されると、シフト素子からの信号は、全体の結合したシフトに対応する信号を与えるために、結合する。このことは、いかなる特定のマッチングの必要性なしに、現場においてアダプタ及び延長コードの便利的に組み合わせることを可能にする。
【００１５】
本発明の特徴及び利点を完全に理解するため、添付図面と関連させて続く詳細な説明を参照すべきである。
【００１６】
好適実施例の説明
ファイバー結合式オキシメータシステム１００の一例が図１に示される。この特定のシステムは、例えば、ＭＲＩ環境で使用するのに適したものであり、アダプタモジュール１１０を含み、このアダプタモジュール１１０には、エミッタ１２０及びデテクタ（detector）７２０が配置され、これら電子光学構成成分は、適当な光学素子によって、光を患者へ伝えそして患者からの光を伝える光ファイバーの束に結合される。二つのファイバー光学系ケーブルが直列に接続され、そのうちの一方は、１５フィートの長さの比較的長いガラス延長ケーブル１４０であり、他方は、ガラスファイバー又はプラスチックファイバーを含む比較的短い“センサ”ケーブル１５０であり、センサ・プローブ１１４を介して患者１１２へ直接的に接続される。
【００１７】
アダプタ１１０は、電気的ケーブル１１６でパルスオキシメータ１１８へ接続される。オキシメータ１１８の一例が図１０に示される。オキシメータ１１８は、別の電気的ケーブル１２１で、壁１２２を通じて、隔離された遠隔ディスプレイ１２４へ接続される。壁１２２により、ディスプレイをＭＲＩ放射から隔離することができる。
【００１８】
典型的に、パルスオキシメータは、二つの異なったスペクトルバンドの光（一方は赤色であり、他方は赤外線である）を利用する。赤色光は、典型的に、ファイバーを通過することによって大きくシフトされないが、赤外線光は、特にファイバーがプラスチック製であるとき、顕著にシフトされる。このシフトは、典型的に、光のバンドを構成する比較的長い波長が比較的短い波長よりもファイバーによっていっそう強く吸収されることに起因するものであり、ファイバーを通過した後に残る光の平均波長でシフトが発生する。
【００１９】
シフト現象の一例を図２（ａ）及び（ｂ）に簡単に示す。図２（ｂ）に示す波長依存吸収曲線１２６が、図２（ａ）の実線１２８で示すスペクトルを、関連する平均波長のシフトをもった図２（ａ）の点線１３２で示すスペクトルにさせる原因となっている。
【００２０】
全てのファイバー光学系センサが同一の波長シフトを示すものである場合、特に簡単なやり方でシフトを扱うことが可能である。図１に示すアダプタモジュール１１０は、Ｒｃａｌ抵抗又は他の符号化手段を含み、使用できる幾つかの記憶されるカリブレーション曲線のどれかをオキシメータに指示することができる。選択される曲線は、関連する光ファイバーによってシフトされるように、アダプタモジュールのＬＥＤの実際の平均波長から得られる有効なＬＥＤ波長に対して正確なものであり得る。しかし、様々な形の波長シフトが観察される。例えば、幾つかの異なった長さのプラスチックファイバーセンサ又は幾つかの異なった長さのガラスファイバー延長ケーブルでみられる。また、センサ１５０と延長ケーブル１４０の機能が単一のガラス又はプラスチックファイバーケーブルで結合されたものでよくみられる。
【００２１】
一実施例において、光ファイバーチェーンの各素子がコード化素子を有し、シフトがその素子で発生したことをアダプタモジュールに指示する。一例を図３に示す。患者に接続されるセンサケーブル１５０は、コネクタ２５０に含まれる二つの電気的ピンにわたってコード化抵抗２３０を含む。コネクタ２５０から患者へと伸びるセンサケーブル１５０に電気的ワイヤーが全く必要とされない（これは、ＭＲＩ環境において望ましく、患者を火傷させるようなリスクが回避される）。電気的ワイヤーは、二つの延長ケーブル（１４０、２４０）に光ファイバー束と一緒に含まれるものであり、その各々は、抵抗２３０と直列に接続した適当なコード化抵抗（２１０、２２０）を組み込むことができる。
【００２２】
図３において、各コード化抵抗（２１０，２２０，２３０）は、関連した光ファイバー成分によって発生される波長シフトを直接的に表す抵抗値を有し、全直列抵抗値が全シフトを表す。変形的に、アダプタ又は関連するオキシメータがストリングの各成分の特徴を別々に決定することが可能となるように、抵抗は、“オーソゴナル”コードを使用する。例えば、延長ケーブル１４０が１０００、２０００、３０００、・・・、９０００オームから選択される抵抗値を使用し、延長ケーブル２４０が１００、２００、３００、・・・、９００オームから選択される抵抗値を使用し、センサ１５０が１０、２０、３０、・・・、９０オームから選択される抵抗値を使用する。
【００２３】
いずれのファイバー光学系ケーブルにも電気的ワイヤーを全く必要としない本発明の形態も可能である。このようなシステムは図４に示される。製造に最も簡単なシステムは、アダプタ１１０に直接的に差し込むケーブルのコネクタ２７０において、単一のコード化（Ｒｃａｌ）抵抗又は他のコード化素子を使用し得る。独自のコネクタ（２５０、２６０）のシステムは、次に、波長シフトの対応する特定の値を有する全システムと共に使用されるのみである。よって、異なった波長シフトを有する二つの異なったセンサケーブルが使用される場合、各々が、対応する独自の延長ケーブルを有し、不適合のコネクタがセンサと延長ケーブルのミスマッチを防ぐ。
【００２４】
ストリングが接続されるアダプタへセンサ及びインライン延長ケーブルを含むケーブルストリングについての情報を送るための全ての光学手段が図５に示される。図５は、延長ケーブル素子３１２及びセンサ素子３１４を示す。センサ素子３１４は、光を患者へ向けそして患者からの光を向けるための第一及び第二光ファイバー３１６、３１８を含む。また、別の光ファイバー３２２が、情報の符号化を与え、これは、フィルター３１０のための特定の値を選択することによって達成される。
【００２５】
延長ケーブル３１２は、センサ素子３１４の素子３１６，３１８へ接続するための光ファイバー素子３２４を含む。また、別の光ファイバー３２８、３３２が、センサ素子３１４の素子３２２に接続するために与えられる。第二のフィルター３２０が、光ファイバー３２４、３２６に沿った波長シフトの量を符号化する。二つのフィルターは、素子３１２、３１４を通じる結合したシフトに対応する結合したフィルター化を与える。よって、コード化抵抗に代えて、コネクタは、その送信が情報を符号化する光ファイバー（３１０、３２０）を含む。特定的に有用な変形例が、二つの異なった波長におけるフィルター送信の比のように情報を符号化する。これは、放射源の強度に独立した方法による計測を補助する。
【００２６】
他の有用な変形例は、コード化を控えるものである。ただし、その代わりに、機械設備がケーブルストリングによって導かれた波長シフトの計測に向けられる。この方法は図６に示される。パルスオキシメータに用いられる同一の対の光源を使用する。センサに到達するファイバー４１０の幾つかだけがループバックされ、アダプタに戻る別の線路４２０に供給され、アダプタが、二つの別々の信号線路４２０（一方（４３０）はファイバー及び患者を通過した光を表し、他方（４２０）はファイバーを通過しただけのものを表す）を受信する。ファイバーのみの線路の波長シフトが、例えば、二つの異なった光ファイバー（図１１及び１２に示され、後述するように、一方はＬＥＤ放射バンドの高い方の半分でいっそう強く送信し、他方は低い方の半分でより強く送信する）を通じる送信強度を比較することによって計測され得る。
【００２７】
センサの使用中に実際のシフトを計測するのではなく、波長シフト情報を符号化する一般的な方法について、図７及び８に二つの他の変形例を示す。図７は、符号化情報が二つの補助的な光ファイバー（５１０，５２０）に流れる光学パワーの比によって表されるところのシステムを示す。この構成では、患者の組織を通過した光を戻すメイン信号線路に加えて、二つの付加的な線路を有する。不動線路５２０は入射光の一定のフラクション（fraction）を伝え、変動線路５１０は、延長ケーブル５４０に接続される各々異なったタイプのセンサ５３０によって異なる量を伝える。二つの付加的な線路によって戻される光の量の比は、接続される特定のタイプのセンサによって寄与される波長シフトについての情報を伝える。ここに示す変形例では、戻り光の量は、患者の指に到達するプラスチックファイバーの束の幾つかに向けることによって設定され得る。他の変形例では、変動線路５１０を通じて戻る光の量は、センサのコネクタに作られる簡単な成形プラスチック光学線路の選択によって設定され得る。
【００２８】
図７に示す特定的な形態に内在することは、コード伝達ファイバーが（最も経済的な）プラスチック製であること、光源の光がオキシメータ計測用センサに送られる同一の光の単に小さい部分であること、及び延長ケーブルのプラスチックファイバーの長い部分が光の赤外線部分を無視できる程度の点へ減衰させることである。したがって、符号化情報は、送られる赤外線光による複雑な現象を発生させずに、オキシメータへ送られる赤色光によって伝えられる。残りの赤外線光による干渉的な効果の可能性がある場合、この光は、単一の光ファイバーと共に除去できる。上述したように、図７の作動原理は、ファイバー戻り線路５２０の一方がセンサへ送られる光（例えば、患者の指に近接するセンサの端部に到達する０．２５ｍｍ径のプラスチックファイバーの束のうちの一つのプラスチックファイバーによってセンサへ送られる光）の一定の割合を伝え、他のファイバー戻り線路５１０が、センサによる波長シフトの量についての情報を符号化するために選択される、送られる光の割合を戻すことである。また、特に図示の変形例に内在することは、延長ケーブル５４０から波長シフトへ何も寄与しないことである。実際に、延長ケーブル５４０が波長シフトに寄与しない場合、光学成分は、各延長ケーブルに付加されなければならず、戻る対の信号のパワー比が延長ケーブルによって交番されることになる。
【００２９】
図７の第二の変形システムが図８に示される。このシステムの変形例では、イルミネーションが同一の線路（６６０、６６４）に用いられ、レフレクタ（reflector）（６４０、６４２）の効用により、線路（６６０、６６４）を通じて戻る。レフレクタ６４０は、光沢のあるアルミニウム片よりも複雑なものではない。イルミネーションは、患者信号線路を照らす同一の光源によって与えられるか又はＬＥＤのような別のランプによって与えられ得る。白熱電球のように広いバンドの光源が二つのコード線路に使用される場合、カラー選択レフレクタの使用を通じて付加的な情報を符号化する選択肢を与える。その結果として、患者を通じて光を送るメイン線路６３０から“盗まれる”光を使用することによって二つの線路がイルミネートされるのではなく、符号化に使用されるべき光が、同一の光学線路（これを通じてセンサ６２０から戻る）のセンサに向けて上流に送られる。センサ６２０のコネクタ６５０に設けられたレフレクタ６４０は、変動線路６６０を通じて戻る入射光６７０のフラクションを決定する。不動線路６６４で反射される光に対する変動線路６６０で反射される光の比は、波長シフトの符号化した値である。
【００３０】
図１３は、波長シフトを符号化する他の変形的なシステムを示す。このシステムでは、符号化素子は、二つのフルオロフォア（fluorophore）を含む発光素子であり、フルオロフォアは、刺激放射の単一の波長バンドによって刺激され、二つの異なった波長バンドの光を放射する。二つのフルオロフォアの相対的な量を選択することによって、特定のタイプのセンサによって導かれる波長シフトについての情報を符号化することができる。この構成の利点は、その形態の幾つかにおいて、酸素計（オキシメトリ（oximetry））に要求されるもの以上に、付加的なファイバー光学系素子を全く必要としない。
【００３１】
図１３は、パルスオキシメータ１１０１を示し、本発明の説明に欠かせない光学成分のみが図示される。インスツルメント１１０１は、患者の組織１１００へ光を送るファイバー光学系組立体１１０２の導入部分１１０３へ光を送る。組織１１００を通過した光は、組立体１１０２の導出部分１１０４によってオキシメータ１１０１へ戻される。
【００３２】
光路について詳しく説明すると、図示のように、光は、赤色ＬＥＤ１１０７と赤外線ＬＥＤによって照射され、二色ビームスプリッタ１１０９によって結合され、ファイバー光学系セグメント１１１０へ送られる（効率的な結合に要求される補助的な光学系は図示せず）。ファイバー・セグメント１１１０は、外向きのコネクタ１１０５に貫通配列され、組立体１１０２のコネクタ１１１１と位置合わせされる。光は、ファイバー光学系１１１２を通じて光学系１１１３へ送られ、患者の組織１１００へ向けられる。図示の光学系１１１３は簡単なプリズムであるが、他の光学血族手段であってもよい。光は、組織１１００から出ると、収集され、光学素子（図示の例ではプリズム）１１１４によってファイバー１１１６へ向けられる。発光化学物質からなるパッチ１１１５が素子１１１４の表面にコーティングされる。発光化学物質は、素子１１１４を通過し、パッチ１１１５の存在する表面に接触する光によって発生される微小な波と相互に影響するように位置される。光は、位置合わせしたコネクタ１１１７、１１０６を通じてファイバー・セグメント１１１０ａに伝えられ、二色ビームスプリッタ１１１８を通じてオキシメトリデテクタ１１１９へ伝えられる。ビームスプリッタ１１１８上のコーティングは、オキシメトリに用いられる赤色及び赤外線スペクトルバンドを伝えるように選択される。ただし、比較的短い波長は反射される。よって、オキシメトリは、発光符号化手段を用いずに本質的に行うことができる。
【００３３】
発光パッチ１１１５によって伝えられるコードの決定に寄与する素子について説明する。ＬＥＤ１１２０が発光刺激光（青色）を放射する。この光は、ビームスプリッタ１１２１、１１１８で反射し、ファイバー・セグメント１１１０ａへ入り、次に、発光パッチ１１１５に衝突し、発光性の光の二つのバンドの放射を刺激するまで、導出線路１１０４に沿って逆方向に伝わる。発光性の光の一部は、線路１１０４を介してインスツルメントへ戻り、ビームスプリッタ１１１８で反射し、ビームスプリッタ１１２１を通じて伝えられる。この光は、次に、二色ビームスプリッタ１１２２によって二つの異なったカラーバンドに分けられ、二つのバンドは、デテクタ１１２３、１１２４によって検出される。選択的に、波長選択フィルター１１２５、１１２６を補充して、各デテクタ１１２３、１１２４によってみられる光のスペクトルバンドの純度を向上することができる。
【００３４】
組立体１１０４に代えることのできる導出ファイバー組立体の３つの変形的な形態が図１４〜１６に示され、発光符号化を行う他の可能な方法を説明する。
【００３５】
図１４の組立体１１０４ａは、患者接続端部に、ファイバー光学系ケーブルを作るファイバーの別のサブグループ１１３０を有する。発光パッチ１１３１が、このサブグループのファイバーの端部に適用される。
【００３６】
図１５の組立体１１０４ｂは、インスツルメントのコネクタ１１０６と位置合わせしたファイバー光学系の端部に適用される発光パッチ１１３２を有する。
【００３７】
図１６の組立体１１０４ｃは、発光物質をドープした光ファイバーから構成され、適当な刺激により、発光性の光がバルク・ファイバーによって放射される。一例として、ファイバーの束１１３３が、異なった波長で放射する二つのタイプのドープしたファイバー（異なった二種類の発光物質でドープした）から構成される。束１１３３に含まれる二種類のファイバーの割合を選択することによって、二つの放射波長の強度の特定の比を選択することができる。
【００３８】
図９は、センサから戻る波長シフト情報を扱う図１のアダプタモジュール１１０を示す。図示のアダプタ１１０は、図７の形で動作する。電気的コネクタ７１２が、図１のケーブル１１６に接続され、このケーブル１１６はパルスオキシメータ１１８に接続される。コネクタ７１２は、赤色及び赤外線ＬＥＤを含むエミッタ１２０を駆動するワイヤ７１４を含む。光は、ファイバー光学系ケーブル７１６にわたって与えられ、患者から戻る光は、デテクタ７２０へ戻るファイバー光学系７１８上に与えられる。デテクタ７２０は、パルスオキシメータ１１８へ送るためのコネクタ７１２へワイヤ７２２にわたる信号を与える。
【００３９】
変動及び不動フラクション戻り線路５１０、５２０は、ホトデテクタ７２２、７２４を含むデテクタ１３０へ接続される。これらは、それぞれ、増幅器７２６、７２８に接続される。増幅した信号は、次に、アナログ・デジタルコンバータ７３０でデジタル化され、計算及び制御回路７３２へ与えられる。計算回路７３２は、二つのコード化線路５１０、５２０で戻る光の比を決定する。この比に基づいて、使用されるべき様々な変形的なカリブレーション曲線をオキシメータインスツルメントへ送るように、スイッチ７１１によって選択されるべき様々なＲｃａｌが決定される。
【００４０】
図１０は、パルスオキシメータ１１８の一実施例のブロック図である。ＬＥＤ８１４からの光は、ファイバー光学系８１５を通じて患者の組織８１８へ伝えられ、組織８１８を通じて又は組織８１８で反射した後、光は、ファイバー光学系８１７を通じてホトセンサ（photosensor）８１６で受けられる。２つ又は３つのＬＥＤが、本発明に従って使用できる。ホトセンサ８１６は、受けたエネルギーを電気的信号に変換し、この信号は、増幅器８２０に入力される。
【００４１】
ＬＥＤ以外の光源を使用できる。例えば、レーザーが使用され、又は白色光が、送信端又は受信端のいずれかで適当なフィルターと共に使用され得る。
【００４２】
時間処理ユニット（ＴＰＵ）８４８が、制御信号８６８をＬＥＤドライブ８３２へ送り、ＬＥＤを交互に活性化する。実施例に従って、ドライブは、２つ又は３つのＬＥＤを制御し得る。
【００４３】
入力増幅器８２０から受けた信号は、図１０の実施例に示すように、３つの異なった波長のための３つの異なった線路を通過する。変形的に、二つの波長のための二つの線路を使用し得る。各線路は、アナログスイッチ８４０、ローパスフィルター８４２、及びアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ８３８を含む。ＴＰＵ８４８からの制御ライン８６９は、対応するＬＥＤ８１４が同期的に駆動される時間に適当な線路を選択する。待機直列モジュール（ＱＳＭ）８４６が各線路からデジタルデータを受ける。ＱＳＭ８４６が周期的に一杯になると、ＣＰＵ８５０がＱＳＭ８４６からのデータをＲＡＭ８５２へ転送する。一実施例では、ＱＳＭ８４６、ＴＰＵ８４８、ＣＰＵ８５０及びＲＡＭ８５２は、一つの集積回路（例えば、モトローラ（Motorola）社から入手可能のＤＭＣ６８ＨＣ１６）の一部分である。
【００４４】
抵抗又は他のインピーダンス又はアクチブ素子８２１が、従来技術で知られるように、ＬＥＤ８１４の赤色ＬＥＤの波長に対応するＣＰＵ８５０へのライン８２３上の信号を与える。本発明は、ＣＰＵ８５０へのライン８２７にわたって信号を与える赤外線ファイバーシフト素子８２５を加える。素子８２５は、ファイバー光学系８１５、８１７を通じて赤外線波長シフトを符号化するか又はシフトの計測を可能にする。これは、符号化抵抗、別のファイバー光学系及びフィルターで行われるか又は多数の他の機構によって行われ得る。
【００４５】
図１１は、波長シフトを計測するための素子を示す。図６に示すような戻りファイバー光学系４１０が、別々のフィルター９１２を通じて与えられる戻り光を与えるために使用され得る。フィルターされた信号は、それぞれのデテクタ９１６、９１８によって検出される。図１２（ａ）は、符号９１２´及び９１４´で示される応答をもつフィルター９１２、９１４の一例のフィルター応答を示す。明かなように、これら二つの別々のフィルターが使用され、通常、等しい中心放射信号の強度を有する場合、シフトは、強度の比又は差を計測することによって検出できる。比較的短い波長に対するシフトが、光をフィルター９１２を通じていっそう多く与え、フィルター９１４を通じてより少なく与え、又はその逆である。好適に、フィルターは、中間点９２０が両方のフィルターを通じる約５０％の送信を有するように選択される。
【００４６】
符号化と反対に、反射システムの波長シフトを計測するための変形例を図１２（ｂ）に示す。反射システムの一例が図８に示される。第一の線路６６４及び及び固定レフレクタ６４２が、逆に反射される制御強度を示す反射光を与える。値を符号化することに代わる可変レフレクタ６４０は、図１２（ｂ）に示すように、波長に従った可変反射率を有する簡単なレフレクタである。図示の例では、比較的低いの波長は吸収され、多く反射されず、比較的高いの波長は反射される。よって、中間点が正確に選択されると、無反射点への波長シフトの量が、制御信号の強度と比較して反射信号の強度を低減する。強度の低下を計測することによって、波長シフトの量が決定できる。結果的に得られる差は、販社がファイバー光学系を伝わった後にのみ生じ、戻り路にシフトを組み入れないことを考慮して、２倍される。図８の実施例は、単に、レフレクタまでのセグメントのシフトを示す。レフレクタは、変形的に、全シフトの近似値を与えるために、センサの近くに配置される。
【００４７】
当業者に理解されるように、本発明は、その精神又は本質的な特性から逸脱せずに他の特定的な形態で実施され得る。例えば、コード化は、位置合わせコネクタの一つ以上のスイッチをトリップ（trip）する機械的素子のようなコネクタに配置され得る。また、パルスオキシメータに適用する特定の実施例について説明されたが、本発明が、実際に、生体アナライトを計測するためのファイバー結合光学医学センシングシステムのいずれにも有用であることが当業者に認知される。このシステムでは、計測インスツルメントが、誘導されるシフトの量に気づかない場合、、光ファイバーを通貨する光の波長シフトが潜在的なエラー源であり得る。従って、以上の説明は、本発明の範囲を限定するものではなく、図説を意図とするものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、ファイバー結合されたパルスオキシメータシステムのブロック図である。
【図２】  図２A及び図２Bは、平均波長での、波長依存のスペクトル吸収の効果を示すグラフである。
【図３】  図３は、ファイバー光学系の各素子がアダプタ・モジュールへの波長シフトの寄与を報告する方法を示すブロック図である。
【図４】  図４は、波長シフトを得るためのユニークなコネクタを使用するファイバー光学系システムを示すブロック図である。
【図５】  図５は、多数のファイバー光学系素子において、波長シフトを示すための全光学系システムを示すブロック図である。
【図６】  図６は、波長シフトの測定線路を含むファイバー光学系システムを示すブロック図である。
【図７】  図７は、二つのファイバー光学系のコード・リターン・線路をもつファイバー光学系を示すブロック図である。
【図８】  図８は、二つのファイバー光学系のコード・線路をもつファイバー光学系を示すブロック図である。
【図９】  図９は、二つの線路波長シフト符号化方法に使用する図１のアダプタ・モジュールを示すブロック図である。
【図１０】  図１０は、オキシメータモニターのブロック図である。
【図１１】  図１１は、光学シフトを測定する素子の実施例のブロック図である。
【図１２】  図１２A及び図１２Bは、フィルター及び反射器を使用する光学シフト測定を示すグラフである。
【図１３】  図１３は、波長シフトが、制御された量の蛍光剤の提供により符号化されたファイバー光学系システムを示す略示ブロック図である。
【図１４】  図１４は、波長シフトが、制御された量の蛍光剤の提供により符号化されたファイバー光学系システムを示す略示ブロック図である。
【図１５】  図１５は、波長シフトが、制御された量の蛍光剤の提供により符号化されたファイバー光学系システムを示す略示ブロック図である。
【図１６】  図１６は、波長シフトが、制御された量の蛍光剤の提供により符号化されたファイバー光学系システムを示す略示ブロック図である。
【符号の説明】
１００・・・パルスオキシメータシステム
１１０・・・アダプタモジュール
１２０・・・エミッタ
７２０・・・デテクタ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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