JP3291581B2

JP3291581B2 - 酸素飽和度測定装置および信号処理方法

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Publication number: JP3291581B2
Application number: JP01734094A
Authority: JP
Inventors: 巌高橋
Original assignee: Nihon Kohden Corp
Current assignee: Nihon Kohden Corp
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1994-02-14
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JPH07222737A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動脈血酸素飽和度（Ｓ
ＰＯ2 ）の測定に影響を与える外来雑音レベルを検出し
て、外来雑音を除去した測定値を得るとともに、正確な
測定値が得られない場合に警報を表示するパルスオキシ
メータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、動脈血酸素飽和度測定を行う際
に、測定用プローブの受光素子は、測定に使用している
赤外光、赤色光以外の光源、例えば、蛍光灯などからの
外来光の影響や、外部機器、例えば、電気毛布などから
の誘導雑音の影響を受けることが知られている。このた
め、目的信号以外の影響を極力抑制し、かつ、目的信号
のみを得る各種の方法が提案されている。

【０００３】図８は、このような従来のパルスオキシメ
ータの構成を一部回路で示すブロック図である。図８に
おいて、この例は、赤色（Ｒ）光駆動信号でスイッチン
グトランジスタがオン、オフしてＲ光をデータサンプリ
ング周期Ｔ／２の前区間かつ周波数ｆで点滅する発光ダ
イオード２ａと、赤外（ＩＲ）光駆動信号でスイッチン
グトランジスタがオン、オフして赤外（ＩＲ）光を周期
Ｔ／２の後区間かつ周波数ｆで点滅する発光ダイオード
２ｂと、この発光ダイオード２ａ，２ｂからのＲ光、Ｉ
Ｒ光の発光を交互に周波数ｆで繰り返す制御を行い、Ｃ
ＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ及びワーキング
用ＲＡＭなどを備えた制御回路３とが設けられている。

【０００４】さらに、発光ダイオード２ａ，２ｂからの
Ｒ光、ＩＲ光を動脈血に照射した際の透過光又は反射光
を受光して、光電変換した受光信号を出力する受光ダイ
オード４と、受光ダイオード４からの光電変換電流を電
圧に変換し、かつ、増幅した増幅受光信号を出力する電
流／電圧変換増幅回路５と、この電流／電圧変換増幅回
路５からの受光信号の低域、高域を中心周波数ｆで遮断
したバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６と、オペアンプ、
ダイオードを備え、ＢＰＦ６からの受光信号を検波（両
波整流）した検波信号を出力するＡＭ検波回路７とが設
けられている。

【０００５】また、この例には、一回のデータサンプリ
ングタイム（周期Ｔ）を二分割し、Ｒ光、ＩＲ光の照射
順に、その反射光の受光信号を導出するために、制御回
路３からのＲ／ＩＲ切替信号で切り替わる切替回路８
と、この切替回路８から出力された検波信号をＲ／ＩＲ
切替信号に基づいて、コンデンサＣと抵抗器Ｒの定数で
積分したＲ信号又はＩＲ信号を交互に出力する積分回路
９と、制御回路３からの測定データを送信する無線送信
部１０とが設けられている。

【０００６】次に、この従来例の動作について説明す
る。図９は、この従来の動作における処理波形と、その
タイミングを示すタイミングチャートである。図８及び
図９において、制御回路３から図９（ａ）、（ｂ）に示
すＲ／ＩＲ発光駆動信号が周期Ｔ／２ごとにトランジス
タＱ１，Ｑ２を通じて発光ダイオード２ａ，２ｂに供給
されてＲ光、ＩＲ光を交互に発光する。この発光を動脈
血に照射した際の透過光又は反射光を受光ダイオード４
で受光して光電変換した受光信号を出力する。この受光
信号を電流／電圧変換増幅回路５で電圧に変換し、か
つ、増幅した図９（ｃ）に示す増幅受光信号をＢＰＦ６
に出力する。ＢＰＦ６では、中心周波数ｆの帯域のみで
増幅受光信号を通過させる。

【０００７】ＢＰＦ６からの増幅受光信号をＡＭ検波回
路７で検波し、図９（ｄ）に示す検波信号を切替回路８
の可動接点ｃに出力し、この切替回路８の可動接点ｃが
制御回路３からの図９（ｅ）に示すＲ／ＩＲ切替信号の
周期Ｔ／２で切り替わり、Ｒ光、ＩＲ光の発光周期に対
応して固定接点ａ，ｂを通じて、それぞれ積分回路９に
供給する。ここからＣＲ定数で積分した図９（ｆ）、
（ｇ）に示すＲ信号又はＩＲ信号を出力する。このＲ信
号又はＩＲ信号のレベルが、動脈血に照射したＲ光、Ｉ
Ｒ光の透過光又は反射光レベルに等しい。すなわち、動
脈血酸素飽和度の測定値を示すことになる。

【０００８】この場合、慣用的な周波数に比較して、発
光ダイオード２ａ，２ｂの発光周波数ｆを高くし、か
つ、ＢＰＦ６の帯域（中心周波数ｆ）のみで増幅受光信
号を通過させることによって、その通過帯域を狭め、低
域及び高域の雑音を遮断できる。すなわち、動脈血酸素
飽和度の測定障害となる外来雑音の多くは、一般的に商
用ＡＣ電源周波数の数倍程度の比較的低い周波数に分布
しており、この外来雑音がＢＰＦ６で除去されて、目的
信号成分（Ｒ光、ＩＲ光）の弁別性能が向上して、正確
な測定値が得られる

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例のパルスオキシメータでは、慣用的な周波数に比
較して、高い発光周波数ｆでＲ光、ＩＲ光を行うととも
に、ＢＰＦ６（中心周波数ｆ）帯域のみで増幅受光信号
を通過させることによって、外来雑音と信号成分との弁
別能力を高めることが出来るものの、多用な外来雑音に
対して有効には動作せず、雑音中に発光周波数ｆに近い
周波数成分が存在する場合、いわゆる、外乱によって正
確な測定が出来なくなる場合が多い。

【００１０】すなわち、発光周波数ｆに近い周波数の外
来雑音の成分が、検波信号に重畳してしまい、積分回路
９からのＲ信号、ＩＲ信号にオフセット電圧が加算され
てしまう。また、周波数ｆと発光の周期Ｔとの間の位相
差によるビート音の雑音信号が発生する。

【００１１】このように雑音が発生している場合の動脈
血酸素飽和度測定値を、現状では、そのまま画面表示し
ている。換言すれば、測定者は雑音が重畳した不正確な
測定値であることを識別できないため、その測定場所を
移動したり、また、雑音源の電源断などを行って、正確
な測定値を得るための対策が出来ないという不都合があ
った。

【００１２】本発明は、このような従来の技術における
課題を解決するものであり、定量的に検出した動脈血酸
素飽和度の測定に影響を与える外来雑音レベルを除去し
た正確な測定値が得られるとともに、外来雑音レベルを
除去が出来ず、その正確な測定に影響がある場合を表示
して測定者に警告でき、この警告に基づいた正確な測定
が可能になるパルスオキシメータの提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の酸素飽和度測定装置は、データサンプリン
グ周期毎に測定対象に対して第１波長発光、第２波長発
光及び非発光を繰り返す発光手段と、前記測定対象から
の光を受けてその光に対応した受光信号を出力する受光
手段と、前記受光信号から前記第１波長発光、第２波長
発光及び非発光それぞれの前記発光信号を積分して前記
第１波長発光、第２波長発光それぞれの発光信号レベル
及び前記非発光の雑音レベルを求める積分回路を備える
レベル検出手段と、前記第１波長発光、第２波長発光そ
れぞれの前記受光信号レベルから前記非発光の雑音レベ
ルを差し引いて前記第１波長発光、第２波長発光それぞ
れの測定信号を生成する信号生成手段と、前記レベル検
出手段により検出された前記雑音レベルの変動が所定の
レベル変動許容値内か否かを判断する判断手段と、を備
えることを特徴とする。

【００１４】また、データサンプリング周期毎に測定対
象に対して第１波長発光、第２波長発光及び非発光を繰
り返す発光手段と、前記測定対象からの光を受けてその
光に対応した受光信号を出力する受光手段と、前記受光
信号から前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの受
光信号レベルと前記非発光の雑音レベルを検出するレベ
ル検出手段と、前記第１波長発光、第２波長発光それぞ
れの前記受光信号レベルから前記非発光の雑音レベルを
差し引いて前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの
測定信号を生成する信号生成手段と、複数回のデータサ
ンプリング周期における前記第１波長発光、第２波長発
光それぞれの前記受光信号レベルと前記非発光の雑音レ
ベルを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶したデ
ータ中の、複数回のデータサンプリング周期における前
記非発光の雑音レベルが近似しているか否かを判断する
判断手段とを備え、前記判断手段が、前記非発光の雑音
レベルが近似していると判断した際に、前記信号生成手
段は、前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの受光
信号レベルから前記非発光の雑音レベルを差し引いて第
１波長発光、第２波長発光の測定信号を出力するように
構成した。更に、前記レベル検出手段は、前記第１波長
発光、第２波長発光及び非発光それぞれの前記受光信号
を積分して前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの
受光信号レベル及び前記非発光の雑音レベルを求める積
分回路を備える構成とした。更に、前記記憶手段に記憶
したデータ中の、複数回のデータサンプリング周期にお
ける前記非発光の雑音レベルが近似していないと前記判
断手段が判断した際に、外来雑音の除去不能を報知する
報知手段を備える構成とした。更に、前記データサンプ
リング周期に同期して前記積分回路の蓄電、放電の開始
時期を制御する第１の制御手段を備える構成とした。

【００１５】更に、前記判断手段は、前記記憶手段に記
憶された前記非発光の雑音レベルのうち最大レベルと最
小レベルに基づいて判断する構成とした。更に、前記記
憶手段が記憶した前記受光信号レベル及び前記雑音レベ
ルの消去を所定の条件に基づいて行う第２の制御手段を
備える構成とした。更に、前記判断手段は、前記記憶手
段に記憶された前記非発光の雑音レベルのうち最大レベ
ルと最小レベルの差を求め、この差と、所定の閾値との
比較に基づいて判断する構成とした。更に、前記判断手
段は、前記雑音レベルの変動が所定のレベル変動許容値
内にないとの判断に基づいて、外来雑音の除去不能を報
知する報知手段を、さらに備える構成とした。

【００１６】本発明の動脈血酸素飽和度の測定における
信号処理方法は、データサンプリング周期毎に測定対象
に対して第１波長発光、第２波長発光及び非発光を繰り
返し行い、前記測定対象からの光を受けてその光に対応
した受光信号を得、前記受光信号から前記第１波長発
光、第２波長発光それぞれの前記受光信号レベル及び前
記非発光の雑音レベルを検出し、前記雑音レベルの変動
が所定のレベル変動許容値内か否かを判断することを特
徴とする。また、データサンプリング周期毎に測定対象
に対して第１波長発光、第２波長発光及び非発光を繰り
返し行い、前記測定対象からの光を受けてその光に対応
した受光信号を得、前記受光信号から前記第１波長発
光、第２波長発光それぞれの受光信号レベル及び前記非
発光の雑音レベルを検出し、前記第１波長発光、第２波
長発光それぞれの前記受光信号レベルから前記非発光に
おける雑音レベルを差し引いて前記第１波長発光、第２
波長発光それぞれの測定信号を生成してなり、前記測定
信号を生成するステップでは、複数回のデータサンプリ
ング周期における前記第１波長発光、第２波長発光それ
ぞれの前記受光信号レベルと前記非発光の雑音レベルを
記憶し、記憶したデータ中の、複数回のデータサンプリ
ング周期における前記非発光の雑音レベルが近似してい
るか否かを判断し、前記非発光の雑音レベルは近似して
いると判断した際に、前記第１波長発光、第２波長発光
それぞれの前記受光信号レベルから前記非発光の雑音レ
ベルを差し引いて第１波長発光、第２波長発光の測定信
号を出力するようにした。更に、前記受光信号レベル及
び雑音レベルを検出するステップでは、前記第１波長発
光、第２波長発光及び非発光それぞれの前記受光信号を
積分して前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの前
記受光信号レベル及び前記非発光の雑音レベルを求める
ようにした。更に、前記記憶したデータ中の、複数回の
データサンプリング周期における前記非発光の雑音レベ
ルが近似していないと判断した際に、外来雑音の除去不
能を報知するようにした。更に、前記データサンプリン
グ周期に同期して前記積分開始、積分値クリアの時期を
制御するようにした。

【００１７】更に、前記判断は、記憶された前記非発光
の雑音レベルのうちの最大レベルと最小レベルに基づい
て行うようにした。更に、記憶した前記受光信号レベル
及び前記雑音レベルの消去を所定の条件に基づき消去す
るようにした。更に、前記判断は、記憶された前記非発
光の雑音レベルのうちの最大レベルと最小レベルの差を
求め、この差と、所定の閾値との比較に基づいて判断す
るようにした。更に、前記判断において、前記雑音レベ
ルの変動が所定のレベル変動許容値内にないと判断され
るときは、外来雑音の除去不能を報知するようにした。

【００１８】

【作用】この構成の酸素飽和度測定装置は、測定対象に
データサンプリング周期ごとに第１波長発光、第２波長
発光及び非発光の区間を繰り返した際の透過光又は反射
光の受光信号から、非発光の雑音レベルを検出してい
る。そして、非発光の雑音レベルを第１波長発光、第２
波長発光の受光信号のレベルから差し引いた、信号レベ
ルを得ている。したがって、定量的に検出した動脈血酸
素飽和度の測定に影響を与える外来雑音レベルを除去し
た正確な測定値が得られる。更に、前記記憶手段は複数
回のデータサンプリング周期における前記第１波長発
光、第２波長発光それぞれの前記受光信号レベル及び非
発光の前記雑音レベルを記憶し、前記判断手段は、その
記憶したデータ中の、複数回のデータサンプリング周期
における前記非発光の雑音レベルが近似しているか否か
を判断し、その判断結果が、前記非発光の雑音レベルは
近似しているとした際に、前記信号生成手段は、前記第
１波長発光、第２波長発光のそれぞれの受光信号レベル
から前記非発光の雑音レベルを差し引いて第１波長発
光、第２波長発光の測定信号を出力する。更に、前記レ
ベル検出手段は、前記第１波長発光、第２波長発光及び
非発光それぞれの前記受光信号を積分して前記受光信号
レベル及び前記雑音レベルを求める。更に、前記判断手
段が、前記記憶手段に記憶したデータ中の、複数回のデ
ータサンプリング周期における前記非発光の雑音レベル
が近似しないと判断した際に、報知手段は、外来雑音の
除去不能を報知する。更に、第１の制御手段は、前記デ
ータサンプリング周期に同期して前記積分回路の蓄電、
放電の開始時期を制御する。

【００１９】更に、前記判断手段は、前記記憶手段に記
憶された前記非発光の雑音レベルのうちの最大レベルと
最小レベルに基づいて判断する。更に、第２の制御手段
は、前記記憶手段が記憶した前記受光信号レベル及び雑
音レベルを所定の条件に基づき消去する。更に、前記判
断手段は、前記記憶手段に記憶された前記非発光の雑音
レベルのうちの最大レベルと最小レベルの差を求め、こ
の差と、所定の閾値との比較に基づいて判断する。更
に、前記発光手段は、第１波長発光として赤発光を行
い、第２波長発光として赤外発光を行う。

【００２０】

【実施例】次に、本発明のパルスオキシメータの実施例
を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１
実施例の構成を一部回路で示すブロック図である。図１
において、この例は、一回のデータサンプリングタイム
（周期Ｔ）を三分割し、この第１区間で、周波数ｆのＲ
発光駆動信号ＳａによりスイッチングトランジスタＱ１
がオン、オフして赤色（Ｒ）光を発光する発光ダイオー
ド１２ａと、一回のデータサンプリングタイム（周期
Ｔ）を三分割した第２の区間で、周波数ｆのＩＲ発光駆
動信号ＳｂによりスイッチングトランジスタＱ２がオ
ン、オフして赤外（ＩＲ）光を発光する発光ダイオード
１２ｂとが設けられている。

【００２１】さらに、以降で詳細に説明するように、一
回のデータサンプリングタイム（周期Ｔ）を三分割し
た、その第１区間のＲ光の発光、第２区間のＩＲ光の発
光及び発光がないダークである第３区間の制御を行っ
て、動脈血酸素飽和度（ＳＰＯ2）の測定値を得る制御
回路１３とが設けられている。この制御回路１３は、Ｃ
ＰＵ１３ａと、この装置の制御プログラムを格納したＲ
ＯＭ１３ｂと、ワーキング用のＲＡＭ１３ｃと、外部入
出力（Ｉ／Ｏ）制御部１３ｄとを有している。

【００２２】また、この例には制御回路１３と接続され
て、発光ダイオード１２ａ，１２ｂからのＲ光、ＩＲ光
を動脈血に照射した際の透過光又は反射光を受光して光
電変換した受光信号を出力する受光ダイオード１４と、
この受光ダイオード１４からの光電変換電流を電圧に変
換し、かつ、増幅した増幅受光信号Ｓｄを出力し、オペ
アンプを用いた電流／電圧変換増幅回路１５とが設けら
れている。

【００２３】さらに、電流／電圧変換増幅回路１５から
の増幅受光信号Ｓｄの低域を遮断した受光信号を出力
し、通過帯域が中心周波数ｆであり、かつ、抵抗器、コ
ンデンサ、オペアンプ（バッファ）からなるバンドパス
フィルタ（ＢＰＦ）１６と、オペアンプ、ダイオードを
備え、ＢＰＦ１６からの受光信号を検波（両波整流）し
た検波信号Ｓｅを出力するＡＭ検波回路１７と、制御回
路１３の制御信号Ｓｓａ，Ｓｓｂに基づいて検波信号Ｓ
ｅを積分した積分信号Ｓｒを出力する積分器２２とが設
けられている。この積分器２２は、検波信号Ｓｅを断続
するスイッチＳＷ１と、コンデンサＣの両端を閉開して
充放電するためのスイッチＳＷ２と、積分値を得るため
の抵抗器Ｒと、コンデンサＣと、オペアンプとを有して
いる。

【００２４】また、この例には、積分器２２からの積分
信号Ｓｒをデジタル信号に変換して制御回路１３に出力
するＡ／Ｄコンバータ２３と、動脈血酸素飽和度の正確
な測定に影響を与える外来雑音レベルを検出した際に、
その検出を表示する表示部２４と、動脈血酸素飽和度の
正確な測定に影響を与える外来雑音レベルを検出する際
のしきい値を設定し、また、外来雑音レベルを検出した
際の警告の表示種別を選択して設定するための操作スイ
ッチ部２５と、動脈血酸素飽和度の正確な測定に影響を
与える外来雑音レベルを検出した際に警告音を発報する
スピーカ２６と、警告を合成音声で出力するための合成
音声回路２７と、警告を点滅発光して表示する発光ダイ
オード２８とが設けられている。

【００２５】次に、この第１の実施例の動作について説
明する。図２は、この第１の実施例の基本的動作におけ
る各部の処理信号波形を示す図である。図２において、
この動作では、一回のデータサンプリングタイム（周期
Ｔ）を三分割した、その第１区間であるＲ発光、第２区
間であるＩＲ発光及び第３区間である発光がないダーク
の区間を繰り返す制御を行っている。

【００２６】制御回路１３が、この装置の制御プログラ
ムをＲＯＭ１３ｂから読みだして、制御を開始し、ま
ず、図２（ａ）、（ｂ）に示すＲ発光駆動信号Ｓａ、Ｉ
Ｒ発光駆動信号Ｓｂが、周期Ｔ／３の第１区間と、これ
に続く第２区間でトランジスタを通じて発光ダイオード
１２ａ，１２ｂに供給され、さらに、Ｒ発光駆動信号Ｓ
ａ、ＩＲ発光駆動信号Ｓｂの送出が停止した発光がない
ダークの区間を繰り返す。そして、Ｒ発光、ＩＲ発光を
被検体の動脈血に照射した際の透過光又は反射光を受光
ダイオード１４で受光し、その光電変換電流を電流／電
圧変換増幅回路１５で電圧変換し、かつ、増幅した図２
（ｃ）に示す増幅受光信号ＳｄをＢＰＦ１６に出力す
る。ＢＰＦ１６では、中心が周波数ｆの通過帯域のみに
制限した増幅受光信号Ｓｄを通過させる。すなわち、周
波数ｆの低域及び高域の雑音信号を除去する。

【００２７】ＢＰＦ１６からの増幅受光信号ＳｄをＡＭ
検波回路１７で検波し、図２（ｄ）に示す検波信号Ｓｅ
を積分器２２に出力する。この積分器２２では、図２
（ｅ）に示す制御信号Ｓｓａで、スイッチＳＷ１をデー
タサンプリングタイム（周期Ｔ）の第１〜第３区間ごと
の立ち上がりでオンにし、また、次の区間の立ち上がり
前でオフにしている。このオフの後、かつ、次の区間の
立ち上がり前で、スイッチＳＷ２をオンしている。すな
わち、コンデンサＣを短絡して放電して、次の区間の積
分動作を開始するようにしている。これによって、周期
Ｔを三分割した第１区間のＲ発光、第２区間のＩＲ発光
及び第３区間の発光がないダークに対応した、Ｒ信号Ｓ
ｒａ，ＩＲ信号Ｓｒｂ、ダーク信号Ｓｒｃが連続した図
２（ｇ）に示す積分信号Ｓｒが得られるようになってい
る。

【００２８】このＲ信号Ｓｒａ，ＩＲ信号Ｓｒｂの電圧
値をＡ／Ｄコンバータ２３でデジタル値に変換する。こ
のデジタル積分信号Ｓｔを制御回路１３に出力し、制御
回路１３の制御で外部入出力制御部１３ｄを通じて、以
降で詳細に説明するように雑音を除去し、発光に対応し
た受信信号のみのＲ信号Ｓｒａ，ＩＲ信号Ｓｒｂを生成
している。また、雑音を除去できない場合に、その旨を
測定者に報知している。この処理データを表示部２４で
表示し、また、無線送信部２０、アンテナを通じて離間
した場所に設置したデータ収集装置、例えば、ホストコ
ンピュータなどに送信する。

【００２９】次に、周波数ｆの近くに雑音が発生した場
合の動作について説明する。図３は、周波数ｆの近くに
雑音が存在した場合の各部の処理信号波形と、そのタイ
ミングを示すタイミングチャートであり、図４は、この
周波数ｆの近くに雑音が存在した場合の処理手順を示す
フローチャートである。図１〜図４において、まず、図
４中のステップ１０では、前記の図２（ａ）〜（ｇ）と
同様に動作して、積分器２２からＲ信号Ｓｒａ，ＩＲ信
号Ｓｒｂ、ダーク信号Ｓｒｃが連続した積分信号Ｓｒを
Ａ／Ｄコンバータ２３を通じて制御回路１３に出力す
る。

【００３０】次に、図３（ｃ）（ｄ）（ｇ）に示す被検
者の一拍の脈拍におけるダーク信号Ｓｒｃのレベル変動
を調べるルーチンを実行する。ここでは図３（ｃ）
（ｄ）に示すように、増幅受光信号Ｓｄ、検波信号Ｓｅ
に雑音信号が重畳している。この雑音が重畳した検波信
号Ｓｅを積分器２２で積分した積分信号ＳｒにおけるＲ
信号Ｓｒａ，ＩＲ信号Ｓｒｂ、ダーク信号Ｓｒｃは、図
３（ｇ）に示すようにそれぞれ、雑音が重畳されたレベ
ルになる。ステップ１１では、制御回路１３内のＣＰＵ
１３ａが、積分信号Ｓｒを制御回路１３が取り込む。

【００３１】次に、ステップ１２で今回のダーク信号Ｓ
ｒｃのレベルｍと、ＲＡＭ１３ｃに記憶している前回ま
でのダーク信号Ｓｒｃの最大レベルｍａｘを読みだして
比較し、今回のダーク信号Ｓｒｃのレベルｍが前回まで
のダーク信号Ｓｒｃの最大レベルｍａｘより小さい場合
（Ｙｅｓ）は、次のステップ１３に進む。ステップ１３
では、今回のダーク信号Ｓｒｃのレベルｍと、ＲＡＭ１
３ｃに記憶している前回までのダーク信号Ｓｒｃの最小
レベルｍｉｎとを読みだして比較し、今回のダーク信号
Ｓｒｃのレベルｍが前回までのダーク信号Ｓｒｃの最小
レベルｍｉｎより大きい場合（Ｙｅｓ）にステップ１４
に進む。

【００３２】また、ステップ１２で今回のダーク信号Ｓ
ｒｃのレベルｍが前回までのダーク信号Ｓｒｃの最大レ
ベルｍａｘより大きい場合（Ｎｏ）は、次のステップ１
５で今回のレベルを最大レベルｍａｘとみなす処理を実
行してステップ１４に進む。さらに、ステップ１３で今
回のダーク信号Ｓｒｃのレベルｍが前回までのダーク信
号Ｓｒｃの最小レベルｍｉｎより小さい場合（Ｎｏ）に
ステップ１６に進んで、最小レベルｍｉｎを今回のレベ
ルとみなす処理を実行してステップ１４に進む。

【００３３】ステップ１４では、ステップ１２，１３，
１５，１６で決定した最大レベルｍａｘから最小レベル
ｍｉｎを差し引いて被検者の一拍の脈拍におけるダーク
信号Ｓｒｃのレベル変動値Δｍを算出して、そのダーク
信号Ｓｒｃの最大及び最小レベルを決定する。次に、ス
テップ１７で予めＲＡＭ１３ｃなどに格納したレベル変
動許容値Δｐｍを読みだす。ステップ１８では、ステッ
プ１４で算出したレベル変動値Δｍがステップ１７で読
みだしたレベル変動許容値Δｐｍ内か否かを判断する。
このようにして、ダーク信号Ｓｒｃのレベルｍが近似し
ているか否かの判断を行う。この場合、図３（ｇ）中の
Ｒ信号Ｓｒａは、一点鎖線で示すＲ信号成分に、雑音Ｎ
１のレベルが加算された実線で示すようになる。ＩＲ信
号Ｓｒｂは、一点鎖線で示すＩＲ信号成分に、雑音Ｎ２
のレベルが加算された実線で示すレベルになる。また、
ダーク信号Ｓｒｃでは、雑音成分Ｎのみのレベルとな
る。

【００３４】ここで積分器２２からの、ダーク区間の積
分値である雑音Ｎのレベルｍが、ステップ１８で近似し
ている場合（Ｙｅｓ）、ステップ１９で制御回路１３内
のＣＰＵ１３ａは、取り込んだ積分信号Ｓｒにおける図
３（ｇ）中の、Ｒ信号成分に雑音Ｎ１のレベルが加算さ
れたＲ信号Ｓｒａから雑音Ｎのレベル、換言すれば雑音
Ｎ１のレベルを減算する。また、ＩＲ信号成分に雑音Ｎ
２のレベルが加算されたＩＲ信号Ｓｒｂから、雑音Ｎの
レベル、換言すれば雑音Ｎ２のレベルを減算することに
よって、それぞれＲ信号成分レベルのみであるＲ信号Ｓ
ｒａと、ＩＲ信号成分レベルのみのＩＲ信号Ｓｒｂとを
取り出すことが出来る。

【００３５】ステップ１８でレベル変動値Δｍがレベル
変動許容値Δｐｍ以上の場合（Ｎｏ）は、以降の図５で
説明するように、ダーク区間の雑音Ｎが離散的であり、
レベル変動値Δｍが近似せず、その除去が不可能なた
め、その正確な測定に影響があることを表示して、測定
者に警告するステップ２０のサブルーチンを処理し、こ
の後、ステップ２１に進む。

【００３６】次に、これまでのルーチンにより、一回の
一拍の脈拍期間での測定が終了した場合、ステップ２１
により、この測定データを図１に示す制御回路１３内の
ＲＡＭ１３ｃに格納して保持する。次に、この一回の一
拍の脈拍期間の終了を判断するため、ステップ２３で次
の脈拍を検出し、この検出をステップ２４で判断し、こ
の判断で検出できない場合（Ｎｏ）は、ステップ１０に
もどって、今回の測定を継続する。また、ステップ２３
で次の脈拍を検出した場合（Ｙｅｓ）は、前回の測定時
に決定して、ＲＡＭ１３ｃの所定のワーキングアドレス
（領域）内に記憶している最大レベルｍａｘ及び最小レ
ベルｍｉｎのデータを消去する。

【００３７】この後は、動脈血酸素飽和度を算出して無
線送信部２０から送信して、ステップ１０に戻って、次
の一拍の脈拍期間での測定を、再度開始する。

【００３８】このように第１の実施例では、データサン
プリングタイム（周期Ｔ）を三分割し、第１区間のＲ発
光、第２区間のＩＲ発光とともに、第３区間の発光がな
いダーク区間を設け、この複数回のデータサンプリング
タイム（周期Ｔ）分のダーク時の雑音ＮレベルをＣＰＵ
１３ａで取り込み、かつ、この雑音ＮのレベルをＲ信号
Ｓｒａレベル及びＩＲ信号Ｓｒｂレベルから減算して、
それぞれ透過光又は反射光レベルのみに対応したＲ信号
成分レベル及びＩＲ信号成分レベルのみを得ている。し
たがって、このＲ信号成分レベル及びＩＲ信号成分レベ
ルによって、動脈血酸素飽和度の正確な測定が出来るよ
うになる。

【００３９】図５は、第２の実施例の動作における処理
信号波形と、そのタイミングを示すタイミングチャート
であり、図６はステップ２０のサブルーチン処理手順を
示すフローチャートである。図１、図２、図５、図６に
おいて、この処理は、図４中のステップ１８でレベル変
動値Δｍがレベル変動許容値Δｐｍ以上の場合（Ｎｏ）
に、ダーク区間の雑音Ｎが離散的であり、レベル変動値
Δｍが近似せず、その除去が不可能であるとして、その
正確な測定不可能を表示して測定者に警告する処理を行
う。

【００４０】図１の構成にあって、図５（ａ）（ｂ）に
示すＲ，ＩＲ発光駆動信号Ｓａ，Ｓｂが周期Ｔ／３の第
１区間と、これに続く第２区間でＲ発光、ＩＲ発光を行
う。この発光に対する受光ダイオード１４からの受光信
号を電流／電圧変換増幅回路１５で電圧に変換し、か
つ、増幅した場合に、図５（ｃ）に示す増幅受光信号Ｓ
ｄに、発光周波数ｆとは異なる周波数Ｆの雑音が繰り返
されることがある。

【００４１】この場合、データサンプリングタイム（周
期Ｔ）を三分割した第１区間のＲ発光、第２区間のＩＲ
発光及び第３区間の発光がないダーク区間の周期Ｔ／３
と、周波数Ｆとの間に生ずる位相差から増幅受光信号Ｓ
ｄとの間で、図５（ｃ）の増幅受光信号Ｓｄ中に実線及
び点線（次の繰り返し）で示すビート雑音信号（図５
（ｃ）中の三角波形）が発生する。

【００４２】したがって、このビート雑音信号の発生に
よって、データサンプリングタイム（周期Ｔ）ごとの図
５（ｇ）に示す積分信号ＳｒにおけるＲ信号Ｓｒａは、
一点鎖線で示すＲ発光のみのＲ信号成分に、実線及び点
線（次の繰り返し）で示すビート雑音信号が加算された
点線又は実線で示す信号のように、ビート雑音信号の周
期ごとに、そのレベルが変動する。ＩＲ信号Ｓｒｂは、
一点鎖線で示すＩＲ信号発光のみのＩＲ信号成分に、実
線及び点線（次の繰り返し）で示すビート雑音信号が加
算された実線又は点線で示すように、ビート雑音信号の
周期ごとに、そのレベルが変動する。また、ダーク信号
Ｓｒｃも同様に、実線又は点線で示すようにビート雑音
信号の周期ごとに、そのレベルが変動する。

【００４３】このように、ビート雑音信号によって積分
信号Ｓｒ中のＲ信号Ｓｒａ、ＩＲ信号Ｓｒｂ、ダーク信
号Ｓｒｃのレベルが、時間上で変動してしまう。このダ
ーク信号Ｓｒｃの積分値もビート雑音が発生した場合、
サンプリングごとに、そのレベルが変動することにな
る。したがって、雑音Ｎ１のレベルを減算することによ
っても、雑音の影響を除去したＲ発光のみのＲ信号成分
レベル及びＩＲ発光のみのＩＲ信号成分レベルが得られ
ない。この場合、ビート雑音信号のレベルが時間軸上で
大きく変動すると、正確な動脈血酸素飽和度の測定値が
得られなくなる。

【００４４】この際、ＣＰＵ１３ａによりステップ１８
でレベル変動値Δｍがレベル変動許容値Δｐｍ以上の場
合（Ｎｏ）、すなわち、ダーク信号Ｓｒｃの雑音成分Ｎ
のみのレベルの時間的な変動を観測した結果、このビー
ト雑音信号によって生起する雑音成分Ｎの変動が、許容
範囲とする動脈血酸素飽和度の測定値に影響を及ぼす程
度になると、ＣＰＵ１３ａの制御、かつ、外部入出力制
御部１３ｄの処理を通じて表示部２４で表示する。ま
ず、図６中のステップ２０ａにより、予め図１中の操作
スイッチ部２５から外部入出力制御部１３ｄ、ＣＰＵ１
３ａを通じてスピーカ２６から警報の発報がＲＡＭ１３
ｃに設定されているか否かが判断される。このステップ
２０ａで警報を発報が設定されている場合（Ｙｅｓ）
は、ステップ２０ｂによりスピーカ２６から警報を発報
する処理をＣＰＵ１３ａが実行する。

【００４５】また、ステップ２０ａで警報の発報が設定
されていない場合（Ｎｏ）は、次のステップ２０ｃに進
む。このステップ２０ｃでは、正確な測定に影響がある
場合を図１中の表示部２４に、文字又はシンボルなどで
画面表示する処理をＣＰＵ１の制御で実行する。また、
このスピーカ２６から警報の発報、表示部２４での文字
又はシンボルなどで画面表示とともに、図１中の合成音
声回路２７を制御して、警報を合成音声でスピーカ２６
から出力する。また、視覚的に確認し易いように発光ダ
イオード２８を点滅して発光させる。

【００４６】このように第２の実施例では、ＲＡＭ１３
ｃに記憶したデータ中の、複数回のデータサンプリング
周期における雑音信号レベルが近似しないと判断した際
に、この外来雑音レベルの除去不能を、画面表示、音出
力、合成音声出力、点滅発光で表示している。したがっ
て、正確な測定に影響がある場合に、この影響を測定者
が容易に知ることが出来る。これによって、測定者は、
その測定場所を移動したり、蛍光灯などを消灯して、こ
の雑音による外乱を阻止して、以降での正確な測定が可
能になる。

【００４７】図７は第３の実施例の構成を一部回路で示
すブロック図である。この第３の実施例では、図１に示
す積分器２２に代えて高域遮断特性を有したサンプルホ
ールド回路３０を用いている。このサンプルホールド回
路３０は、周期Ｔを三分割した第１区間のＲ発光、第２
区間のＩＲ発光及び第３区間の発光がないダーク区間に
対応した制御信号Ｓｓｅ，Ｓｓｆ，Ｓｓｇで順次オンか
つオフになるスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３
と、このスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３の出力側に、積分
を行うための抵抗器ＲとコンデンサＣとが設けられてい
る。他の構成は図１に示す第１の実施例と同様である。

【００４８】この構成では、サンプルホールド回路３０
のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３が周期Ｔを三分割した第
１区間のＲ発光、第２区間のＩＲ発光及び第３区間の発
光がないダーク区間のそれぞれの立ち上がりでオンとな
り、また、立ち下がりでオフとなって、積分信号Ｓｒ
（Ｒ信号Ｓｒａ、ＩＲ信号Ｓｒｂ、ダーク信号Ｓｒｃ）
を出力する。他の動作は図１〜図５に示す第１の実施例
と同様であり、その利点も同様である。

【００４９】この第１〜第２の実施例では、ＢＰＦ１６
の後段のＡＭ検波回路１７、積分器２２に使用している
増幅器のオフセットによるダーク区間の影響も同時に排
除できる。したがって、このオフセット調整なども不要
になる利点がある。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の測定装置および信号処理方法によれば、測定対象にデ
ータサンプリング周期ごとに第１波長発光、第２波長発
光及び非発光の区間を繰り返した際の受光信号から、非
発光時の雑音レベルを検出し、この雑音レベルを第１波
長発光、第２波長発光の受光信号のレベルから差し引い
た測定信号が得られるため、定量的に検出した血中吸光
物質の測定に影響を与える外来雑音レベルを除去でき、
正確な測定値が得られるという効果を有する。

【００５１】更に、本発明の上記装置および方法におい
て、複数回のデータサンプリング周期における前記第１
波長発光、第２波長発光それぞれの前記受光信号レベル
と非発光の雑音レベルを記憶し、その記憶したデータ中
の、複数回のデータサンプリング周期における前記非発
光の前記雑音レベルが近似しているか否かを判断し、前
記非発光の雑音レベルは近似していると判断した際に、
前記第１波長発光、第２波長発光のそれぞれの受光信号
レベルから前記非発光の雑音レベルを差し引いて前記第
１波長発光、第２波長発光の測定信号を出力するように
したならば、除去可能な雑音である場合にのみその除去
が行われるので、より正確な測定値が得られるという効
果を有する。

【００５２】更に、上記装置および方法において、記憶
したデータ中の、複数回のデータサンプリング周期にお
ける前記非発光の雑音レベルが近似していないと判断し
た際に、外来雑音の除去不能を報知するようにしたなら
ば、操作者は外来雑音の除去不能を知ることができ、そ
の場所での測定を中止して他の場所に移動することや、
その場所での雑音発生機器の電源断を行うなどの雑音に
対する有効な対処が可能となり、以後正確な測定が可能
となるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルスオキシメータの第１の実施例の
構成を一部回路で示すブロック図である。

【図２】第１の実施例の動作における各部の処理信号波
形と、タイミングを示すタイミングチャートである。

【図３】第１の実施例の動作にあって、雑音が存在した
場合の各部の処理信号波形と、そのタイミングを示すタ
イミングチャートである。

【図４】第１の実施例にあって雑音が存在した場合の処
理手順を示すフローチャートである。

【図５】第２の実施例の動作における処理信号波形と、
そのタイミングを示すタイミングチャートである。

【図６】第２の実施例の動作における処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図７】第３の実施例の構成を一部回路で示すブロック
図である。

【図８】従来のパルスオキシメータの構成を一部回路で
示すブロック図である。

【図９】従来例の動作の処理波形と、そのタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

１２ａ，１２ｂ発光ダイオード１３制御回路１３ａＣＰＵ１３ｂＲＡＭ１３ｄ外部入力制御部１４受光ダイオード１５電流／電圧変換増幅回路１６ＢＰＦ１７ＡＭ検波回路２２積分器２４表示部２５操作スイッチ部２６スピーカ２７合成音声回路２８発光ダイオード

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】動脈血酸素飽和度の測定を行う酸素飽和
度測定装置において、データサンプリング周期毎に測定対象に対して第１波長
発光、第２波長発光及び非発光を繰り返す発光手段と、前記測定対象からの光を受けてその光に対応した受光信
号を出力する受光手段と、前記受光信号から前記第１波長発光、第２波長発光及び
非発光それぞれの前記発光信号を積分して前記第１波長
発光、第２波長発光それぞれの発光信号レベル及び前記
非発光の雑音レベルを求める積分回路を備えるレベル検
出手段と、前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの前記受光信
号レベルから前記非発光の雑音レベルを差し引いて前記
第１波長発光、第２波長発光それぞれの測定信号を生成
する信号生成手段と、前記レベル検出手段により検出された前記雑音レベルの
変動が所定のレベル変動許容値内か否かを判断する判断
手段と、を備えることを特徴とする酸素飽和度測定装
置。
【請求項２】動脈血酸素飽和度の測定を行う酸素飽和
度測定装置において、データサンプリング周期毎に測定対象に対して第１波長
発光、第２波長発光及び非発光を繰り返す発光手段と、前記測定対象からの光を受けてその光に対応した受光信
号を出力する受光手段と、前記受光信号から前記第１波長発光、第２波長発光それ
ぞれの受光信号レベルと前記非発光の雑音レベルを検出
するレベル検出手段と、前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの前記受光信
号レベルから前記非発光の雑音レベルを差し引いて前記
第１波長発光、第２波長発光それぞれの測定信号を生成
する信号生成手段と、複数回のデータサンプリング周期における前記第１波長
発光、第２波長発光それぞれの前記受光信号レベルと前
記非発光の雑音レベルを記憶する記憶手段と、前記記憶
手段に記憶したデータ中の、複数回のデータサンプリン
グ周期における前記非発光の雑音レベルが近似している
か否かを判断する判断手段とを備え、前記判断手段が、前記非発光の雑音レベルが近似してい
ると判断した際に、前記信号生成手段は、前記第１波長
発光、第２波長発光それぞれの受光信号レベルから前記
非発光の雑音レベルを差し引いて第１波長発光、第２波
長発光の測定信号を出力するように構成したことを特徴
とする酸素飽和度測定装置。
【請求項３】前記レベル検出手段は、前記第１波長発
光、第２波長発光及び非発光それぞれの前記受光信号を
積分して前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの受
光信号レベル及び前記非発光の雑音レベルを求める積分
回路を備えることを特徴とする請求項２記載の酸素飽和
度測定装置。
【請求項４】前記記憶手段に記憶したデータ中の、複
数回のデータサンプリング周期における前記非発光の雑
音レベルが近似していないと前記判断手段が判断した際
に、外来雑音の除去不能を報知する報知手段を備えるこ
とを特徴とする請求項２または３に記載の酸素飽和度測
定装置。
【請求項５】前記データサンプリング周期に同期して
前記積分回路の蓄電、放電の開始時期を制御する第１の
制御手段を備えることを特徴とする請求項１、３または
４記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項６】前記判断手段は、前記記憶手段に記憶さ
れた前記非発光の雑音レベルのうち最大レベルと最小レ
ベルに基づいて判断することを特徴とする請求項２ない
し５のいずれかに記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項７】前記記憶手段が記憶した前記受光信号レ
ベル及び前記雑音レベルの消去を所定の条件に基づいて
行う第２の制御手段を備えることを特徴とする請求項２
ないし６のいずれかに記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項８】前記判断手段は、前記記憶手段に記憶さ
れた前記非発光の雑音レベルのうち最大レベルと最小レ
ベルの差を求め、この差と、所定の閾値との比較に基づ
いて判断することを特徴とする請求項６記載の酸素飽和
度測定装置。
【請求項９】前記判断手段は、前記雑音レベルの変動
が所定のレベル変動許容値内にないとの判断に基づい
て、外来雑音の除去不能を報知する報知手段を、さらに
備えることを特徴とする請求項１記載の酸素飽和度測定
装置。
【請求項１０】動脈血酸素飽和度の測定における信号
処理方法において、データサンプリング周期毎に測定対象に対して第１波長
発光、第２波長発光及び非発光を繰り返し行い、前記測定対象からの光を受けてその光に対応した受光信
号を得、前記受光信号から前記第１波長発光、第２波長発光それ
ぞれの前記受光信号レベル及び前記非発光の雑音レベル
を検出し、前記雑音レベルの変動が所定のレベル変動許容値内か否
かを判断することを特徴とする信号処理方法。
【請求項１１】動脈血酸素飽和度の測定における信号
処理方法において、データサンプリング周期毎に測定対象に対して第１波長
発光、第２波長発光及び非発光を繰り返し行い、前記測定対象からの光を受けてその光に対応した受光信
号を得、前記受光信号から前記第１波長発光、第２波長発光それ
ぞれの受光信号レベル及び前記非発光の雑音レベルを検
出し、前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの前記受光信
号レベルから前記非発光における雑音レベルを差し引い
て前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの測定信号
を生成してなり、前記測定信号を生成するステップでは、複数回のデータサンプリング周期における前記第１波長
発光、第２波長発光それぞれの前記受光信号レベルと前
記非発光の雑音レベルを記憶し、記憶したデータ中の、複数回のデータサンプリング周期
における前記非発光の雑音レベルが近似しているか否か
を判断し、前記非発光の雑音レベルは近似していると判断した際
に、前記第１波長発光、第２波長発光それぞれの前記受
光信号レベルから前記非発光の雑音レベルを差し引いて
第１波長発光、第２波長発光の測定信号を出力すること
を特徴とする信号処理方法。
【請求項１２】前記受光信号レベル及び雑音レベルを
検出するステップでは、前記第１波長発光、第２波長発
光及び非発光それぞれの前記受光信号を積分して前記第
１波長発光、第２波長発光それぞれの前記受光信号レベ
ル及び前記非発光の雑音レベルを求めることを特徴とす
る請求項１１記載の信号処理方法。
【請求項１３】前記記憶したデータ中の、複数回のデ
ータサンプリング周期における前記非発光の雑音レベル
が近似していないと判断した際に、外来雑音の除去不能
を報知することを特徴とする請求項１１または１２に記
載の信号処理方法。
【請求項１４】前記データサンプリング周期に同期し
て積分開始、積分値クリアの時期を制御する第１の制御
ステップを、さらに備えることを特徴とする請求項１
０、１２または１３記載の信号処理方法。
【請求項１５】前記判断は、記憶された前記非発光の
雑音レベルのうちの最大レベルと最小レベルに基づいて
行うことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか
に記載の信号処理方法。
【請求項１６】記憶した前記受光信号レベル及び前記
雑音レベルの消去を所定の条件に基づいて行うステップ
を、さらに備えることを特徴とする請求項１０ないし１
５のいずれかに記載の信号処理方法。
【請求項１７】前記判断は、記憶された前記非発光の
雑音レベルのうちの最大レベルと最小レベルの差を求
め、この差と、所定の閾値との比較に基づいて判断する
ことを特徴とする請求項１５記載の信号処理方法。
【請求項１８】前記判断において、前記雑音レベルの
変動が所定のレベル変動許容値内にないと判断されると
きは、外来雑音の除去不能を報知することを特徴とする
請求項１０記載の信号処理方法。