パルスオキシメータの小型軽量化による用途の拡大
Various Application of Pulse Oximeter Brought by the Innovatively Reduced Size and Weight蛤

謙治＊Hamaguri, Kenji

要旨
世界初の指尖脈波型パルスオキシメータOXIMET，

１ はじめにMET−1471が発売されてからほぼ30年が経過した。発売当

1973年に日本光電工業㈱の青柳氏がパルスオキシメー初から，採血することなく動脈血中の酸素飽和度を連続タの基本原理を発表し，ミノルタカメラ㈱（現コニカミ的にモニターできることの有用性が認められ，パルスオノルタセンシング㈱）が，それとは独立に開発を進めてキシメータは我々だけでなく多くの企業によって，医療いた「オキシメータOXIMET，MET−1471」を1977年にの現場でより有用でより使いやすいものに改良されてき商品化して以来，多くの医療機器メーカーによって技術ている。我々は常に最新の電子技術を積極的に導入して的改良が加えられ，今ではパルスオキシメータは手術小型軽量化，省電力化をリードし，この30年で体積，重室， ICU，呼吸器関係などの医療の現場で必須の医療機量，消費電力をそれぞれ1/250，1/100，1/1000にまで低器になり，さらに在宅酸素療法患者自身の自己管理にま減した。我々は小型軽量化，省電力化を実現してくるなで用いられている。ここまで広く用いられるようになっかで，その適用拡大を提案し，今ではパルスオキシメーた理由として，プローブを正しく指先に装着するだけでタは手術室・ICUだけでなく呼吸器疾患関連の病棟でも必極めて簡単に患者の呼吸状態を連続的に監視できるこ須のものになっただけでなく，在宅酸素療法患者の自己と，技術革新により低灌流や体動に対する性能が向上し管理，睡眠時無呼吸症候群のスクリーニングにまで用途て適用範囲が大幅に拡大したことが挙げられるが，それが拡大している。

以外に小型軽量化，低価格化もその用途の拡大と普及に大きく寄与している。

Abstract

筆者は1976年にミノルタカメラに入社してから10年間

Thirty years have passed since the Minolta Camera

パルスオキシメータの開発業務に携わり，現在もそれにCompany introduced the Oximet MET-1471, the world’s関っている。ここでは，オキシメータの小型軽量化の変

first fingertip probe pulse oximeter, a device that enabled

遷と用途の拡大について，コニカミノルタセンシングのnon-invasive, continuous monitoring of arterial oxygen

パルスオキシメータの動きを中心に述べる。

saturation. Over the years, Konica Minolta and others haverepeatedly improved the pulse oximeter’s medical benefits
and ease of use. Today, by exploiting the latest electron-

２ パルスオキシメータの誕生

ics, Konica Minolta has reduced weight to 1/100, volume

商業ベースでは世界初のパルスオキシメータMET−1471

to 1/250, and power draw to 1/1000 of 1977’s original pulse（Fig.１）の大きさは1 2 0 m m（高さ）×4 3 0 m m（幅）×oximeter. The latest advance introduces the pulse oximeter to a new paradigm of applications. While the pulse
oximeter remains a mainstay of the OR, ICU, and respiratory ward, the light weight, small size, and low power drawof our new design extends its use to such areas of selfcare as home oxygen therapy and screening for sleep
apnea syndrome.

＊コニカミノルタセンシング㈱開発部

開発 12 課Fig.1 Oximet MET-1471: the world
oximeter

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.4（2007）

s first fingertip probe pulse

61300mm（奥行），重量7.7Kg，消費電力130Ｗと最近のパル

め，意識のない患者，苦痛を訴えることができない患者

スオキシメータと比べると体積で250倍，重量で100倍，の呼吸状態の監視に非常に有用であり，これらの改良に消費電力で1000倍以上も大きいものであった。

よって実用性も高いことが認められ，パルスオキシメー

MET−1471を開発していた当時はLEDの輝度はまだそ

タは手術室，ICU，内視鏡検査などにおける患者の呼吸モれほど高くなく，MET−1471では光源としてハロゲンランニターとして急速に浸透していった。またディスポーザ

プが使用されていた。本体内のハロゲンランプの光がオブルプローブが提供されるようになってパルスオキシ

プティカルファイバーで指先に導かれ，指先を透過した

メータはさらに新生児，小児科医療の領域でも使用でき

光がもうひとつのオプティカルファイバーで本体に戻さるものになった。

れていた。本体に戻された光は干渉フィルタで650nmとBIOX3700，N−100はRed，IRのLEDを時分割点灯し，805nmの光に分光されて，それぞれの脈波信号が抽出され本体内で脈波信号に再生している。光源がハロゲンラン

SpO2 が演算されていた。

プからLEDになったこと，アナログ回路の制御やSpO2 演

脈波信号を抽出するためには対数演算が必要であり，算にマイコンを使用したことによりBIOX3700は大きさ

SpO2 の算出には650nmと805nmの脈波信号の比を求める

1 0 2 m m（高さ）×2 5 4 m m（幅）×2 8 7 m m（奥行），重量演算なども必要であるが，当時はマイクロコンピュータ3.9Kg，消費電力50Wになり，MET−1471に比べて体積，（以下マイコンと記す）はまだ一般的ではなく，MET−重量，消費電力とも約半分になっている。

1471でもこれらの演算はすべてトランジスタとオペアン
プを使用したアナログ演算回路によって行われていた。
また，アナログ回路のゲイン切換えやAD変換器，SpO 2や脈拍数の表示回路などはすべてCMOSロジックICを組３ ベッドサイドモニターからハンディ型に向けて（手術室から呼吸器疾患検査へ）
Nellcor社，Ohmeda社の製品が手術室，ICU，新生児・合せて制御されていた。
1984年に発売したOXYGEN SATURATION MONI-

小児科病棟に浸透していったが，パルスオキシメータがTOR MODEL SM−32はMET−1471の改良モデルで，光非常に有用な呼吸器疾患の検査や訪問看護，スポーツ医

源，プローブはMET−1471と同じだが，アナログ回路の制学などには導入がそれほど進まなかった。

御，SpO2 演算にはマイコンを用いている。SM−32はハー我々はパルスオキシメータを小型化することで，手術ドウェアとしてはMET−1471をほぼ踏襲しているが，開発室以外での呼吸器疾患の検査，訪問看護などにも用途がに先立って大阪大学医学部麻酔科の吉矢生人教授（当拡がると考え，1986年にPulsox−７（Fig.２）を発売した。

時），島田康弘講師（当時）らと共同で，光散乱を考慮した近似モデルでSpO2 と脈波振幅の関係を理論的に裏付ける研究を行い，測定に用いる波長とSpO2 演算式の関係や一酸化炭素ヘモグロビンやメトヘモグロビンの影響を定量的に把握できるようになった。
MET−1471およびSM−32はオプティカルファイバープ
ローブの使い勝手の悪さ，本体の大きさ，重さのため，手術室やICUで試験的に用いられるに留まっていた。
日本で生まれたパルスオキシメータの有用性がいち早く米国で注目され，MET−1471の最大の欠点であったプ
ローブの問題を解決したBIOXⅡが1981年にOhmeda社（米国）（現Datex−Ohmeda社）から発売された。光源はRedおよびIRのLEDが使われ，それらと受光素子がコンパ

Fig.2 Pulsox-7

クトなプローブに埋め込まれ，簡便に装着できるようになった。1982年には脈波波形のグラフィック表示機能が大きさは55mm（高さ）×120mm（幅）×200mm（奥行），付加されたBIOX3700が登場している。1983年に発売され重量840g，消費電力約9W，内臓バッテリーで２時間の動たNellcor社（現Tyco−Healthcare社）のN−100ではクリッ作が可能であった。体積，重量はMET−1471の約1/10にな

プタイプのプローブの装着性が改良されただけでなく，り，容易に持ち運べるようになったため，呼吸器病棟で使いやすいディスポーザブルプローブも用意された。従の病状の比較的安定した患者のスポットチェック，在宅来，患者の呼吸状態は動脈血を採血してSaO2 を測定した

酸素療法患者の訪問看護における呼吸状態の観察・生活り，医師がチアノーゼの有無を目で見て判断することに拡大のための動作訓練時の状態観察・酸素療法指導管より管理されていた。パルスオキシメータは連続的にし理，救急車による搬送時の呼吸モニターなどにも用いらかも非侵襲的に動脈血の酸素化状態をモニターできるたれるようになった。さらに，カラコルム山脈登山で高所

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順応によるSpO2 の変化に関する研究やヒマラヤ登山によ分のSpO2 ，脈拍数をメモリカードに記憶できるので，在る高所での不眠とSpO2 （覚醒時，睡眠時）の関係の研究

宅酸素療法導入予定の患者や導入後の患者の通常生活中にPulsox−７が用いられるなど用途が拡大していった。
1985年に在宅酸素療法が保険適用になったが，適用患者の安静時のSpO2 だけではなく歩行，トイレ，入浴などのSpO2 を行動とともに記録してそのデータをもとにより適切な酸素投与量を決定することができるようになった。の労作時および睡眠時のSpO2 を把握することも重要であPulsox−５発売から２年後の1994年に高度慢性呼吸不全る。Pulsox−７は14時間のSpO2 ，脈拍数をメモリし，その患者の在宅酸素療法適用の判定にパルスオキシメータの結果を専用プリンターやパソコンに出力することがで使用が保険で認められたことを見てもパルスオキシメー

き，患者の睡眠時や日常生活中のSpO2 のデータ収集を可

タが呼吸器疾患の医療現場でも広く利用されるように能にし，慢性呼吸不全患者のADLの負荷の程度および酸なったことが分かる。

素投与効果の検討，在宅酸素療法患者の睡眠時の適切な酸素処方のための検討に用いられるようになった。
Pulsox−７はそれ以前のパルスオキシメータに比べて小５ 病棟外での用途への広がり型になったがまだ840gもあり，長時間携帯するには負担

Pulsox−５上市後も電子部品の小型化が進み，パルスオが軽いものではなかった。大きさも看護師が片手では持キシメータもその恩恵を受けてより一層の小型化が進めち辛く，より一層の小型化，軽量化が望まれた。

られた。1994年に発売されたNonin社のOnyx9500はアナログ回路，マイコンなどデジタル回路，SpO2 表示すべてがセンサ部に実装された超小型パルスオキシメータで，４ ハンディ型の病棟への普及

呼吸器病棟でのスポットチェックに広く用いられるよう1992年に発売したPulsox−５（Fig.３）は，大きさはになった。

34mm（高さ）×86.5mm（幅）×154.5mm（奥行），重量約1997 年に我々はリストウォッチ型パルスオキシメータ

380gで単３アルカリ電池４本で24時間の動作が可能に

Pulsox−３シリーズ（Fig. ４）を発売した。Red および IRのアナログ信号処理を完全に一系統化してPulsox−５からなった。

さらに簡素化し，アナログ IC の個数は Pulsox−５の約 1/2まで削減して小型化，省電力化を図っている。大きさは
21mm
（高さ）
×68mm
（幅）
×55mm
（奥行）
で腕時計を一回り大きくした程度で，重量約 60g，単４アルカリ電池２本で48 時間の動作が可能である。

Fig.3 Pulsox-5

Pulsox−７に対して体積は約1/3，重量は約1/2で， ハンディ と呼べるものになった。Pulsox−５では，アナログ回路を新たに開発し，多機能マイコン，ゲートアレ

Fig.4 Pulsox-3 series

イ，表面実装など，当時の最新の技術を積極的に取り入れ，性能を向上させながらアナログIC，デジタルICとも医師，看護師や検査技師の方が訪問看護，回診，歩行にPulsox−７の1/3に削減することで小型軽量化を実現し試験で患者のSpO2 をチェックする際にその重さを殆ど意た。

識することなくPulsox−３を携帯することができる。大幅

ポケットに入れることができるものになったことで女な低価格化により，在宅酸素療法が適応されている患者性の看護師でも楽に携帯でき，低価格化を実現したこと

自身が医師の指導の下で日常生活の中で息苦しくなったもあって呼吸器疾患患者のスポットチェック，歩行試時にSpO2 を把握して安静にするといったことにも使われ

験，訪問看護，慢性呼吸不全患者の日常生活時のSpO2 観るようになった。メモリを内蔵したPulsox−3iは慢性呼吸察などに今まで以上に活用されるようになった。24時間

器不全患者の腕に装着して睡眠時のSpO2 を測定，記憶す

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63ることができ，ハンディ型より大幅に操作性が向上した。

電子部品の小型軽量化，高速大容量化，低価格化は近年の携帯電話，携帯音楽プレイヤーを見ても分かるよう1990年に睡眠時無呼吸（SAS）の診断のための終夜睡に留まるところがなく進んで行く。無線技術の進歩も目

眠ポリグラフィが保険適用になり，1998年にはNCPAPの覚しいものがある。これらの技術インフラを活用してパ保険適用が認められた。SASの潜在患者は日本で100万人

ルスオキシメータの小型軽量化，高機能化，低価格化はから200万人いると言われているが，JR山陽新幹線の居眠今後も進み，それによって新たな用途が開かれていくとり運転で一般にも知られるようになったSASのスクリーニ思われる。

ングや終夜睡眠ポリグラフィでもPulsox−3iが広く用いられている。
その後も我々は病棟でのスポットチェックや訪問看護
時の患者の呼吸状態の観察，在宅酸素療法患者自身のSpO2 チェックなどに適したPulsox−２（2002年），呼吸不全患者の歩行試験，SASスクリーニングや夜間睡眠ポリグ
ラフィ検査により適したPulsox−３シリーズの改良モデル
Pulsox−300シリーズ（2005年）を発売し，小型軽量化，省電力化，低価格化を推し進めている。
Fig.５にパルスオキシメータの体積，重量および価格の推移を示す。1977年にパルスオキシメータが登場してか（㈱矢野経済研究所 2004 〜 2005 年版 機能別 ME 機器市場の中期予測とメーカーシェア 診断機器編 より）（97 年以前のデータは据え置き型＋小型の合計値のみ）

らその後の10年は手術室，ICU，新生児室のベッドサイド

Fig.6 Sales of pulse oximeters in Japan

モニターとして普及して行った。その後の10年間で電子部品の小型化が進む中でアナログ回路の改良，簡素化が推進され体積はおよそ1/150，重量は約1/100にまで小型化，軽量化が進んだ。価格もおよそ1/15から1/20にまで低下し，患者個人でも購入できるレベルにまで安価に

６ 謝辞
本記事は日本医科器械学会の学会誌第75巻第12号からの転用です。ここに同会への感謝の意を表します。

なっている。小型軽量化，低価格化により，救急，訪問看護，病棟内のスポットチェック，呼吸不全患者の歩行●参考文献

試験など可搬性が必要な用途，さらには呼吸不全患者の

１）Wiswell T E Pulse Oximetry Versus Transcutaneous Oxygen

日常生活中のSpO2 チェック，SASのスクリーニング，スポーツ医学など常時身に着けるような用途にまでパルスオキシメータが広く用いられるようになった。

Monitoring in Perinatology. J.Perinatology Ⅶ , 4,331-332（1987）
２）Shimada Y., et al. Effects of Multiple Scattering and Peripheral
Circulation on Arterial Oxygen Saturation Measured with aPulse-Type Oximeter. Med Biol Eng Comput. 22,（5）,475-478（1984）
３）井上 哲夫 他 慢性肺疾患患者へのパルスオキシメーターの応用．
第 2 回パルスオキシメトリー研究会（1987）
４）竹下尚他Pulse Oximetryの臨床的使用について。第４回パルスオキシメトリー研究会抄録集

P25（1989）５）河合 峰雄 他 高所における動脈血酸素飽和度の高所順応に対するその変化について。
第４回パルスオキシメトリー研究会抄録集 P20（1989）
６）出水 明 高所での不眠と動脈血酸素飽和度。
ヒマラヤ学会誌 2,65-72（1991）
７）金具

せつ子 他

慢性呼吸器患者の日常生活動作の検討（パルスオキシメーターによるSpO2 モニターより）。第2回日本呼吸管
Fig.5 Reductions in volume, weight, and price of pulse

理学会学術集会プログラム
８）奥山

Fig.６に示すように，1992年のパルスオキシメータの国内の年間販売台数は3770台でしかなかったが，小型軽量化，低価格化の進展に伴って2004年には16倍のおよそ

俊他−在宅 24 時間の日常生活を対象として−。日本呼吸管理学会誌
2（2）,127-131（1993）
９）江澤 和江 他 在宅看護における携帯用パルスオキシメーター
導入の基礎的研究

62000台まで拡大したと見られている。なかでもハンディ10）日本呼吸器学会型，リストウォッチ型など小型パルスオキシメータの普11）久保田博南

及は目覚しいものがあり，2004年ではパルスオキシメータ全体の82％を占めていると思われる。

64P29（1992）

HOT 症例における SpO2 モニタリングについて

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.4（2007）日本呼吸管理学会誌 2（2）,156-160（1993）

在宅呼吸白書2005 年 6 月

生体情報モニタ開発史（新興交易出版）