特許 6148869 生体信号測定システム、生体信号測定装置、および生体信号測定装置の制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6148869

(24)【登録日】2017年5月26日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】生体信号測定システム、生体信号測定装置、および生体信号測定装置の制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1455 20060101AFI20170607BHJP

   A61B 10/00 20060101ALI20170607BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/14 322

   A61B10/00 E

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-17233(P2013-17233)

(22)【出願日】2013年1月31日

(65)【公開番号】特開2014-147474(P2014-147474A)

(43)【公開日】2014年8月21日

【審査請求日】2015年6月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000230962

【氏名又は名称】日本光電工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】特許業務法人 信栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平原 英昭

(72)【発明者】

【氏名】小林 直樹

【審査官】 佐藤 高之

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０７８８８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２８２１８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１３０２１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２４９２５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００９２８０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１２５４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１１１８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０２２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０８９８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１５６４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／００−５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体信号の測定システムであって、
第１波長を有する第１の光、および第２波長を有する第２の光を出射する発光部と、
被検者の生体組織を通過または反射した前記第１の光および前記第２の光の強度に応じて、それぞれ第１信号および第２信号を出力する受光部と、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部と、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部と、
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部と、
特定された前記血液充填時間を出力する出力部とを備え、
前記第２演算部は、前記第１の光の減光度と前記第２の光の減光度の差分に基づいて、前記血液由来の減光度を取得する、測定システム。

【請求項2】

生体信号の測定システムであって、
第１波長を有する第１の光、および第２波長を有する第２の光を出射する発光部と、
被検者の生体組織を通過または反射した前記第１の光および前記第２の光の強度に応じて、それぞれ第１信号および第２信号を出力する受光部と、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部と、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部と、
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部と、
特定された前記血液充填時間を出力する出力部とを備え、
前記第２演算部は、前記第１の光の減光度と前記第２の光の減光度に回転マトリクス法を適用することにより、前記血液由来の減光度を取得する、測定システム。

【請求項3】

前記血液由来の減光度を示す信号から所定の周波数以下の成分を除去した信号を取得する第４演算部を備え、
前記第３演算部は、前記生体組織の圧迫が解除された後の前記第４演算部が取得した信号の経時変化に基づいて前記血液充填時間を特定する、請求項１または２に記載の測定システム。

【請求項4】

前記第４演算部が取得した信号の値の対数値を取得する第５演算部を備え、
前記第３演算部は、前記生体組織の圧迫が解除された後の前記対数値の経時変化より得られる回帰直線の勾配に基づいて前記血液充填時間を特定する、請求項３に記載の測定システム。

【請求項5】

前記血液由来の減光度の変化量が所定値を超えた場合に、前記第３演算部による前記血液充填時間の測定が自動的に開始される、請求項１から４のいずれか一項に記載の測定システム。

【請求項6】

前記生体組織を圧迫可能に前記被検者に装着されるカフと、
前記カフの内部の気圧を制御するカフ圧制御部とを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の測定システム。

【請求項7】

生体信号の測定装置であって、
被検者の生体組織を通過または反射した第１波長を有する第１の光の強度に対応する第１信号、および当該生体組織を通過または反射した第２波長を有する第２の光の強度に対応する第２信号を受け付ける信号受付部と、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部と、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部と、
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部とを備え、
前記第２演算部は、前記第１の光の減光度と前記第２の光の減光度の差分に基づいて、前記血液由来の減光度を取得する、測定装置。

【請求項8】

生体信号の測定装置であって、
被検者の生体組織を通過または反射した第１波長を有する第１の光の強度に対応する第１信号、および当該生体組織を通過または反射した第２波長を有する第２の光の強度に対応する第２信号を受け付ける信号受付部と、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部と、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部と、
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部とを備え、
前記第２演算部は、前記第１の光の減光度と前記第２の光の減光度に回転マトリクス法を適用することにより、前記血液由来の減光度を取得する、測定装置。

【請求項9】

生体信号の測定装置を制御するプログラムであって、
前記測定装置は、
被検者の生体組織を通過または反射した第１波長を有する第１の光の強度に対応する第１信号、および当該生体組織を通過または反射した第２波長を有する第２の光の強度に対応する第２信号を受け付ける信号受付部と、
前記信号受付部と接続されたコンピュータと、
前記コンピュータと接続された出力部とを備えるものであり、
前記プログラムは、前記コンピュータを、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部、および
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部として動作させ、
さらに特定された前記血液充填時間を前記出力部より出力させ、
前記第２演算部は、前記第１の光の減光度と前記第２の光の減光度の差分に基づいて、前記血液由来の減光度を取得する、プログラム。

【請求項10】

生体信号の測定装置を制御するプログラムであって、
前記測定装置は、
被検者の生体組織を通過または反射した第１波長を有する第１の光の強度に対応する第１信号、および当該生体組織を通過または反射した第２波長を有する第２の光の強度に対応する第２信号を受け付ける信号受付部と、
前記信号受付部と接続されたコンピュータと、
前記コンピュータと接続された出力部とを備えるものであり、
前記プログラムは、前記コンピュータを、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部、および
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部として動作させ、
さらに特定された前記血液充填時間を前記出力部より出力させ、
前記第２演算部は、前記第１の光の減光度と前記第２の光の減光度に回転マトリクス法を適用することにより、前記血液由来の減光度を取得する、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体信号測定システムに関する。特に生体の一例としての被検者より取得した生体信号に基づいて、生体組織を圧迫した後の当該生体組織への血液充填時間を特定するシステムに関する。また本発明は、当該システムに用いられる生体信号測定装置、および当該装置を制御するプログラムに関する。

【0002】

血液充填時間の測定は、輸液の要否やトリアージ（識別救急）における優先度などを判断するために、救急医療の分野において用いられる手法である。具体的には、医療従事者が被検者の指先などの生体組織を圧迫し、当該圧迫を解除した後の皮膚の色の変化を目視で確認する。２秒以内に元の色に戻れば、正常な状態と判断される。しかしながら、手で生体組織の圧迫を行ない、目視で皮膚色の変化を確認する手法では定量性に欠け、測定者による誤差も生じやすい。

【0003】

そこでパルスオキシメータを血液充填時間の測定に用いることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。具体的には、血液に吸収される波長の光を指先などの生体組織に入射させ、当該生体組織を透過した光の強度を測定する。圧迫により当該箇所の生体組織から血液が排除されるため、透過光の強度は増大する。圧迫を解除すると当該箇所の生体組織に血液が充填されるため、透過光の強度は減少する。圧迫を解除してから透過光強度が元のレベルに戻るまでの時間に基づいて、血液充填時間が特定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１１５６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

生体組織の圧迫の強さの違いが、血液充填時間の特定結果に影響を及ぼすことがある。図６は、圧迫の強さを変化させながら血液充填時間の特定を複数回行なった結果である。（ａ）に示す結果は、圧迫を解除しても透過光強度が元のレベルに戻らない場合を示している。（ｂ）に示す結果は、測定を繰り返すに連れて、透過光強度の基準値が徐々に低下していく場合を示している。

【0006】

（ａ）に示す現象は、強い圧迫あるいは圧迫の繰返しにより、変形された組織が元の状態に復帰しにくくなり、血液部分が元の厚みを取り戻すのに時間を要しているために生じているものと推測される。（ｂ）に示す現象は、逆に圧迫によって血流が促進され、血液部分の厚みが増していくために生じているものと推測される。いずれの場合においても、透過光強度が圧迫前の状態に戻るまでの時間に基づいて血液充填時間を特定している限り、結果に誤差を伴うことが避けられない。しかしながら、生体組織の圧迫は医療従事者の手によって行なわれるため、圧迫の強さを常に一定とすることは難しい。

【0007】

よって本発明は、簡便な手法によって血液充填時間を正確に特定しうる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第１の態様は、生体信号の測定システムであって、
第１波長を有する第１の光、および第２波長を有する第２の光を出射する発光部と、
被検者の生体組織を通過または反射した前記第１の光および前記第２の光の強度に応じて、それぞれ第１信号および第２信号を出力する受光部と、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部と、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部と、
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部と、
特定された前記血液充填時間を出力する出力部とを備える。

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第２の態様は、生体信号の測定装置であって、
被検者の生体組織を通過または反射した第１波長を有する第１の光の強度に対応する第１信号、および当該生体組織を通過または反射した第２波長を有する第２の光の強度に対応する第２信号を受け付ける信号受付部と、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部と、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部と、
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部とを備える。

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第３の態様は、生体信号の測定装置を制御するプログラムであって、
前記測定装置は、
被検者の生体組織を通過または反射した第１波長を有する第１の光の強度に対応する第１信号、および当該生体組織を通過または反射した第２波長を有する第２の光の強度に対応する第２信号を受け付ける信号受付部と、
前記信号受付部と接続されたコンピュータと、
前記コンピュータと接続された出力部とを備えるものであり、
前記プログラムは、前記コンピュータを、
前記第１信号に基づいて前記第１の光の減光度を取得し、前記第２信号に基づいて前記第２の光の減光度を取得する第１演算部、
前記第１の光の減光度および前記第２の光の減光度に基づいて、血液由来の減光度を取得する第２演算部、および
前記生体組織の圧迫に伴う前記血液由来の減光度の経時変化に基づいて、前記生体組織への血液充填時間を特定する第３演算部として動作させ、
さらに特定された前記血液充填時間を前記出力部より出力させる。

【0011】

ここで前記第２演算部は、前記第１の光の減光度と前記第２の光の減光度の差分に基づいて、前記血液由来の減光度を取得する。あるいは、前記第２演算部は、前記第１の光の減光度と前記第２の光の減光度に回転マトリクス法を適用することにより、前記血液由来の減光度を取得する。

【0012】

上記のような構成によれば、簡単な演算処理のみで、圧迫の程度の相違に起因して生ずる血液以外の組織の変形の影響を排除し、血液充填時間を正確に特定することができる。また血液充填時間の出力を得るために操作者が行なう実質的な作業は、例えばパルスオキシメトリに用いる既存のプローブを被検者の生体組織に装着して圧迫するのみである。すなわち特殊なプローブの用意や特殊な作業を要することなく、迅速かつ正確に血液充填時間を特定することができる。

【0013】

前記血液由来の減光度を示す信号から所定の周波数以下の成分を除去した信号を取得する第４演算部を備え、前記第３演算部は、前記生体組織の圧迫が解除された後の前記第４演算部が取得した信号の経時変化に基づいて前記血液充填時間を特定する構成としてもよい。

【0014】

このような構成によれば、圧迫解除後の減光度変化にのみ着目して血液充填時間が特定される。したがって、圧迫前の減光度基準値が変化してしまうような状況下においても、その影響を受けることなく正確に血液充填時間を特定することができる。

【0015】

前記第４演算部が取得した信号の値の対数値を取得する第５演算部を備え、前記第３演算部は、前記生体組織の圧迫が解除された後の前記対数値の経時変化より得られる回帰直線の勾配に基づいて前記血液充填時間を特定する構成としてもよい。

【0016】

このような構成によれば、第４演算部が取得した信号に重畳する脈拍等に起因するノイズを除去することができ、血液充填時間をより正確に特定することが可能である。

【0017】

前記血液由来の減光度の変化量が所定値を超えた場合に、前記第３演算部による前記血液充填時間の測定が自動的に開始される構成としてもよい。

【0018】

血液由来の減光度に大きな変化が生じた場合は、血液充填時間を特定するために生体組織の圧迫が行なわれた蓋然性が高いと判断できる。この判断に基づいて血液充填時間の特定を自動的に行なうこととすれば、操作者の負担をさらに軽減することができる。

【0019】

前記生体組織を圧迫可能に前記被検者に装着されるカフと、前記カフの内部の気圧を制御するカフ圧制御部とを備える構成としてもよい。

【0020】

この場合、操作者や繰返し回数によらず、常に一定の条件で圧迫を行なうことができる。したがって、より正確に血液充填時間を特定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態に係る生体信号測定システムの構成を示す機能ブロック図である。

【図2】上記生体信号測定システムにおける第２演算部が行なう処理の一例を説明する図である。

【図3】上記第２演算部が行なう処理の別例を説明する図である。

【図4】上記生体信号測定システムにおける第４演算部が行なう処理の一例を説明する図である。

【図5】上記生体信号測定システムにおける第５演算部が行なう処理の一例を説明する図である。

【図6】従来の手法で血液充填時間を特定した場合の問題点を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の実施形態の例について、添付の図面を参照しつつ以下詳細に説明する。なお以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

【0023】

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る生体信号測定システム１は、測定装置１０およびプローブ２０を備えている。測定装置１０は、指示受付部１１、制御部１２、信号受付部１３、および表示部１４を備えている。プローブ２０は、被検者の指３０に装着される周知の構成を有するものであり、発光部２１および受光部２２を備えている。

【0024】

指示受付部１１は、測定装置１０の外面に設けられた周知のマンマシンインターフェースであり、測定装置１０に所望の動作を行なわせるためにユーザより入力される指示を受け付け可能に構成されている。

【0025】

制御部１２は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭ等を備え、測定装置１０における様々な制御を実行する。制御部１２は、指示受付部１１と通信可能に接続されている。指示受付部１１は、受け付けた指示に応じた信号を制御部１２に入力する。

【0026】

プローブ２０の発光部２１は、測定装置１０の制御部１２と通信可能に接続されている。発光部２１は、第１波長λ１を有する第１の光と、第２波長λ２を有する第２の光を出射可能とされている。本実施形態において発光部２１は、第１波長λ１の一例として６６０ｎｍの赤色光を出射する発光ダイオードと、第２波長λ２の一例として９４０ｎｍの赤外光を出射する発光ダイオードを備えている。各発光ダイオードは、制御部１２からの制御信号に応じて、所定のタイミングで発光する。出射された第１の光と第２の光は、それぞれ生体組織の一例としての指３０に入射する。

【0027】

プローブ２０の受光部２２は、指３０を通過した第１の光と第２の光を受光可能な位置に配置される。受光部２２は、受光した第１の光の強度Ｉ１に応じた第１信号Ｓ１、および受光した第２の光の強度Ｉ２に応じた第２信号Ｓ２を出力可能な構成とされている。本実施形態においては、このような構成を有する素子としてフォトダイオードを用いている。受光部２２は、測定装置１０の信号受付部１３と通信可能に接続されている。受光部２２より出力された信号Ｓ１、Ｓ２は、信号受付部１３に入力される。

【0028】

信号受付部１３は、制御部１２と通信可能に接続されている。信号受付部１３は、受け付けた信号Ｓ１、Ｓ２を制御部１２に入力する。制御部１２は、第１演算部４１、第２演算部４２、および第３演算部４３を備えている。

【0029】

第１演算部４１は、第１信号Ｓ１に基づいて第１の光の減光度Ａ１を取得し、第２信号Ｓ２に基づいて第２の光の減光度Ａ２を取得するように構成されている。減光度Ａ１、Ａ２は、それぞれ第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２の、ある時刻（例えば生体組織の圧迫前）における受光光量と別の時刻（例えば生体組織の圧迫中）における受光光量の比として計算され、次式で表わされる。

Ａ１＝ｌｏｇ（Ｉ１／Ｉｏ１） （１）
Ａ２＝ｌｏｇ（Ｉ２／Ｉｏ２） （２）

ここでＩｏ１、Ｉｏ２が基準時刻（例えば生体組織の圧迫前）における受光光量を示し、Ｉ１、Ｉ２が測定時における受光光量を示している。添え字１は第１の光を、添え字２は第２の光を表している。

【0030】

第２演算部４２は、第１演算部４１が取得した第１の光と第２の光の減光度Ａ１、Ａ２に基づいて、血液由来の減光度を取得するように構成されている。具体的には、減光度Ａ１と減光度Ａ２の差分に基づいて、血液由来の減光度Ａｂを取得するように構成されている。この動作原理について、以下詳しく説明する。

【0031】

指３０を圧迫して生体組織の厚みを変化させた際に生じる減光度の変化Ａは、血液の厚み変化と血液以外の組織の厚み変化とに起因する。この事実は次式で表わされる。

Ａ１＝Ａｂ１＋Ａｔ１＝Ｅ１ＨｂＤｂ＋Ｚ１Ｄｔ （３）
Ａ２＝Ａｂ２＋Ａｔ２＝Ｅ２ＨｂＤｂ＋Ｚ２Ｄｔ （４）

ここで、Ｅは吸光係数（dl g^-1cm^-1）、Ｈｂは血色素濃度（g dl^-1）、Ｚは血液以外の組織の減光率（cm^-1）、Ｄは変化した厚み（cm）を表している。添え字ｂは血液を、添え字ｔは血液以外の組織を、添え字１は第１の光を、添え字２は第２の光を表している。

【0032】

血液以外の組織の波長依存性は無視できるため、Ｚ１＝Ｚ２とできる。ここで式（４）より式（３）を減ずると、次式を得る。

Ａ２−Ａ１＝（Ｅ２−Ｅ１）ＨｂＤｂ （５）

右辺には血液の情報のみが含まれている。したがって、減光度Ａ１と減光度Ａ２の差分をとることにより、血液由来の減光度Ａｂを得ることができる。

【0033】

図２は、プローブ２０の上から指３０を圧迫した場合における、減光度Ａ１、減光度Ａ２、および血液由来の減光度Ａｂ（＝Ａ２−Ａ１）の経時変化を示すグラフである。

【0034】

圧迫を解除しても減光度Ａ１、Ａ２の値が圧迫開始前の水準に戻らず、血液以外の組織の変形が影響を及ぼしていることが判る。一方、減光度の差分値（Ａ２−Ａ１）すなわち血液由来の減光度Ａｂは、圧迫の解除後に圧迫開始前の水準に収束していくことが判る。すなわち、異なる波長の光を生体組織に照射することにより得られた減光度同士の差分をとるという単純な演算操作のみで、血液以外の組織の変形の影響を除去しうる。

【0035】

第３演算部４３は、第２演算部４２が取得した指３０の圧迫に伴う血液由来の減光度Ａｂ（＝Ａ２−Ａ１）の経時変化に基づいて、生体組織への血液充填時間を特定するように構成されている。具体的には、血液由来の減光度Ａｂが圧迫開始前の水準にある程度近づいたと判断できる適当な閾値を定める。そして圧迫を解除した時点から、血液由来の減光度Ａｂが当該閾値に到達するまでの時間（図２におけるＴ）を血液充填時間として特定する。これにより、圧迫の程度の相違に起因して生ずる血液以外の組織の変形の影響を受けずに、血液充填時間を正確に特定することができる。

【0036】

出力部の一例としての表示部１４は、測定装置１０の外面に設けられた周知のディスプレイ装置である。表示部１４は、制御部１２と通信可能に接続されている。制御部１２は、第３演算部４３により特定された血液充填時間Ｔを示す信号Ｓ３を表示部１４へ入力する。表示部１４は、信号Ｓ３に応じた適宜の態様で血液充填時間Ｔを表示する。

【0037】

したがって医療従事者は、パルスオキシメトリに用いる既存のプローブ２０を被検者の指３０に装着し、プローブ２０の上から指３０を圧迫するという作業のみで、正確に特定された血液充填時間Ｔを表示部１４上に認めることができる。すなわち特殊なプローブの用意や特殊な作業を要することなく、迅速かつ正確に血液充填時間Ｔを特定することができる。

【0038】

上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。

【0039】

受光部２２は、必ずしも指３０を通過した光を受光する位置に配置されることを要しない。指３０を反射した光を受光する位置に配置され、各波長の反射光強度に基づいて上記の減光度が取得される構成としてもよい。

【0040】

第２演算部４２が血液由来の減光度を取得するための処理は、必ずしも減光度Ａ１と減光度Ａ２の差分に基づくことを要しない。図３は、第２演算部４２が行なう処理の別例として回転マトリクス法を用いる場合を説明する図である。

【0041】

図３の（ａ）は、Ｙ軸に第１の光の減光度Ａ１を、Ｘ軸に第２の光の減光度Ａ２をとり、ある時刻における減光度Ａを成分（Ａ２、Ａ１）を有するベクトルで表現したものである。ベクトルＡは、成分（Ａｂ２、Ａｂ１）を有する血液由来の減光度Ａｂを示すベクトルと、成分（Ａｔ２、Ａｔ１）を有する血液以外の組織由来の減光度Ａｔを示すベクトルの合成ベクトルとして与えられる。

【0042】

ここでベクトルＡを座標空間内でθだけ回転させることにより、ベクトルＡrotが得られる。このときＡrotのＸ軸成分からは血液以外の組織に由来する成分が除かれ、血液由来の成分のみからなることが判る。この操作は次式で表現される。

Ａrot^Ｔ＝ＫＡ^Ｔ （６）

ここでＫおよびＡは、次の行列で表わされる。

【0043】

【数1】

【0044】

血液以外の組織由来の減光度Ａｔは波長依存性がないため、図３の（ａ）においてＡｔ１＝Ａｔ２である。よってθ＝（π／２）＝−tan^−１（Ａｔ１／Ａｔ２）となる。

【0045】

このようにして取得したＡrotのＸ座標の値の経時変化を、減光度Ａ１および減光度Ａ２の経時変化とともに示したのが、図３の（ｂ）である。圧迫を解除しても減光度Ａ１、Ａ２の値が圧迫開始前の水準に戻らず、血液以外の組織の変形が影響を及ぼしていることが判る。一方、ＡrotのＸ座標の値すなわち血液由来の減光度Ａｂは、圧迫の解除後に圧迫開始前の水準に収束していくことが判る。すなわち、異なる波長の光を生体組織に照射することにより得られた減光度の値により得られる行列に対して簡易な回転演算を施すのみで、血液以外の組織の変形の影響を除去することができる。

【0046】

この場合、第３演算部４３は、第２演算部４２が取得した血液由来の減光度Ａｂ（＝Ｘ）の指３０の圧迫に伴う経時変化に基づいて、生体組織への血液充填時間を特定するように構成されている。具体的には、血液由来の減光度Ａｂが圧迫開始前の水準にある程度近づいたと判断できる適当な閾値を定める。そして圧迫を解除した時点から、血液由来の減光度Ａｂが当該閾値に到達するまでの時間（図３におけるＴ）を血液充填時間として特定する。これにより、圧迫の程度の相違に起因して生ずる血液以外の組織の変形の影響を受けずに、血液充填時間を正確に特定することができる。

【0047】

第３演算部４３は、必ずしも第２演算部４２が取得した血液由来の減光度Ａｂより直接的に血液充填時間Ｔを特定することを要しない。例えば図１に破線で示すように、制御部１２は、第４演算部４４を備えうる。図４に示すように、第４演算部４４は、第２演算部４２が取得した血液由来の減光度Ａｂの微分値Ａｄを取得するように構成されている。

【0048】

図４の（ａ）は、第２演算部４２が取得した血液由来の減光度Ａｂの経時変化を、図４の（ｂ）は、第４演算部４４が取得した微分値Ａｄの経時変化を示している。生体組織の圧迫により減光度Ａｂが急上昇すると、微分値Ａｄが大きく変化する。圧迫された箇所から血液が排除されると、減光度Ａｂは最大値付近においてほぼ一定値をとるため、微分値Ａｄはゼロ付近を推移する。次いで圧迫が解除されると、血液の流入に伴って減光度Ａｂが急降下するため、微分値Ａｄが大きく変化する。血液が充填されるに伴って減光度Ａｂの値は一定値に収束し、微分値Ａｄもゼロに収束していく。

【0049】

この場合、第３演算部４３は、第４演算部４４が取得した微分値Ａｄの経時変化に基づいて血液充填時間Ｔを特定するように構成されている。具体的には、圧迫解除に伴って微分値Ａｄが所定の閾値Ａdtfに達した時点から、ゼロに戻るまでの時間を血液充填時間Ｔとする。ゼロの代わりに、これに準ずるような閾値を設定し、当該閾値に達した時点を以って血液充填時間Ｔを特定することとしてもよい。

【0050】

すなわち圧迫解除後の減光度変化にのみ着目して血液充填時間Ｔが特定される。このような構成によれば、図６の（ｂ）に示した例のように圧迫前の減光度基準値が変化してしまうような状況下においても、その影響を受けることなく正確に血液充填時間Ｔを特定することができる。

【0051】

なお第４演算部４４は、血液由来の減光度Ａｂの微分値を取得する構成に限られるものではない。例えば、第２演算部４２が取得した血液由来の減光度Ａｂを示す信号から所定の周波数以下の成分を除去した信号を取得する構成としてもよい。当該構成によっても上記と同様の効果が得られる。

【0052】

演算部１２は、さらに第５演算部４５を備える構成としてもよい。第５演算部４５は、第４演算部４４が取得した信号の値の対数値を取得するように構成されている。図５は、図４の（ｂ）に示した微分値Ａｄの自然対数をとった値ＡdLの経時変化を示している。

【0053】

この場合、第３演算部４３は、圧迫が解除されて以降の対数値ＡdLの経時変化より、回帰直線ＲＬを演算により求め、回帰直線の傾きの逆数すなわち時定数を、血液充填時間Ｔとして特定するように構成されている。

【0054】

図４の（ｂ）に示すように、圧迫解除後に微分値Ａｄは全体として一定値に収束していく傾向を有するものの、周期的に値が上下動していることが判る。これは脈拍の影響である。上記のように第５演算部４５がさらに対数値ＡdLを取得し、回帰直線を求める演算を行なうことにより、脈拍に起因するノイズの影響を軽減した指数近似が可能である。したがってより正確に血液充填時間Ｔを特定することができる。

【0055】

第３演算部４３による血液充填時間Ｔの特定処理は、指示受付部１１が測定開始の指示を受け付けた場合に行なわれる構成としてもよいし、第２演算部４２が取得する血液由来の減光度Ａｂの変化量が所定値を超えた場合に、自動的に開始される構成としてもよい。血液由来の減光度Ａｂの変化量が所定値を超えた事実は、第２演算部４２が取得した減光度Ａｂが所定の閾値を超えた事実を以って判定してもよいし、第４演算部が取得した微分値Ａｄが図４の（ｂ）に示す所定の閾値Ａdtrを超えた事実を以って判定してもよい。

【0056】

パルスオキシメトリにおける通常の測定を行なっている限りにおいては、一般に上記のような減光度Ａｂの大きな変化は生じない。したがって減光度Ａｂに大きな変化が生じた場合は、血液充填時間を特定するために生体組織の圧迫が行なわれた蓋然性が高いと判断できる。この判断に基づいて血液充填時間の特定を自動的に行なうこととすれば、操作者の負担をさらに軽減することができる。

【0057】

本発明の効果として、血液充填時間Ｔを特定するにあたって特殊なプローブの用意が必要ない旨を先に述べたが、追加設備の使用を禁止する意図ではない。例えば図１に破線で示すように、プローブ２０を覆うカフ５０を被検者の指３０に装着し、カフ５０の内部の気圧を制御するカフ圧制御部４６を制御部１２が備える構成としてもよい。

【0058】

カフ圧制御部４６は、先ずカフ５０がプローブ２０を介して被検者の指３０を所定の圧力で圧迫できるように、カフ５０内部を加圧する。そして所定時間の経過後、カフ５０の内部が減圧される。このような構成によれば、操作者や繰返し回数によらず、常に一定の条件で圧迫を行なうことができる。したがって、より正確に血液充填時間Ｔを特定することができる。

【0059】

特定された血液充填時間Ｔは、必ずしも数値として表示部１４に表示されることを要しない。これに加えてあるいは代えて、血液充填時間Ｔを示す色やシンボルを表示部１４に表示してもよいし、血液充填時間Ｔを示す音声を出力してもよい。

【0060】

上述した第１演算部４１、第２演算部４２、第３演算部４３、第４演算部４４、第５演算部４５、およびカフ圧制御部４６の機能は、回路素子等のハードウェアの動作、コンピュータの一例としての制御部１２に格納されたプログラム等のソフトウェアの動作、あるいはこれらの組合せによって実現されうる。

【符号の説明】

【0061】

１：生体信号測定システム、１０：測定装置、１２：制御部、１３：信号受付部、１４：表示部、２１：発光部、２２：受光部、４１：第１演算部、４２：第２演算部、４３：第３演算部、４４：第４演算部、４５：第５演算部、４６：カフ圧制御部、５０：カフ、Ａ１：第１の光の減光度、Ａ２：第２の光の減光度、Ａｂ：血液由来の減光度、Ｉ１：第１の光の強度、Ｉ２：第２の光の強度、Ｔ：血液充填時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】