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(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】6853683
(24)【登録日】2021年3月16日
(45)【発行日】2021年3月31日
(54)【発明の名称】血中酸素飽和度測定装置
(51)【国際特許分類】
A61B 5/1455 20060101AFI20210322BHJP
【ＦＩ】
A61B5/1455
【請求項の数】8
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2017-19742(P2017-19742)
(22)【出願日】2017年2月6日
(65)【公開番号】特開2018-930(P2018-930A)
(43)【公開日】2018年1月11日
【審査請求日】2020年1月16日
(31)【優先権主張番号】特願2016-126266(P2016-126266)
(32)【優先日】2016年6月27日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】515290343
【氏名又は名称】医療法人社団皓有会
(74)【代理人】
【識別番号】100081972
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 豊
(74)【代理人】
【識別番号】100154380
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 隆一
(72)【発明者】
【氏名】小山 和泉
【審査官】
▲高▼ 芳徳
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００４−１９４９０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０９９８９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
韓国公開特許第１０−２０１１−００３７１３８（ＫＲ，Ａ）
【文献】
実開昭６３−１０２４０２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
特開２００８−０８６７０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−０７８６９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１５／１３６９５６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００６−３２６１５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／０００６０９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開平０７−２４６１９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１６−５１４９９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０４４６８１９７（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−２５４１９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ６１Ｂ ５／１４５ − ５／１４９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体の血液中の酸素飽和度を測定する血中酸素飽和度測定装置であって、
互いに異なる第１および第２の波長の光を照射する照射手段と、
前記照射手段によって照射され、前記生体を透過した光を反射する反射手段と、
前記反射手段によって反射され、再び前記生体を透過した光を受光する受光手段と、
前記受光手段によって受光された光の受光強度を算出する強度算出部と、
前記強度算出部によって算出された前記受光強度の時間変化に基づいて前記生体による吸光度の変化量を算出する吸光度変化量算出部と、
前記第１および第２の波長について前記吸光度変化量算出部によって算出された前記吸光度変化量に基づいて、前記生体の血液中の酸素飽和度を算出する血中酸素飽和度算出部と、
前記生体の上顎に着脱可能に装着されるマウスピースと、を備え、
前記反射手段は、前記マウスピースの上唇側に取り付けられることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
互いに異なる第１および第２の波長の光を照射する照射手段と、
前記照射手段によって照射され、前記生体を透過した光を反射する反射手段と、
前記反射手段によって反射され、再び前記生体を透過した光を受光する受光手段と、
前記受光手段によって受光された光の受光強度を算出する強度算出部と、
前記強度算出部によって算出された前記受光強度の時間変化に基づいて前記生体による吸光度の変化量を算出する吸光度変化量算出部と、
前記第１および第２の波長について前記吸光度変化量算出部によって算出された前記吸光度変化量に基づいて、前記生体の血液中の酸素飽和度を算出する血中酸素飽和度算出部と、
前記生体の上顎に着脱可能に装着されるマウスピースと、を備え、
前記反射手段は、前記マウスピースの上唇側に取り付けられることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の血中酸素飽和度測定装置において、
前記反射手段は、反射面に半球状の凹部を有することを特徴とする血中酸素飽和度測定
装置。
前記反射手段は、反射面に半球状の凹部を有することを特徴とする血中酸素飽和度測定
装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の血中酸素飽和度測定装置において、
前記受光手段は、前記生体の皮膚表面によって反射された光を遮光する遮光手段を有することを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
前記受光手段は、前記生体の皮膚表面によって反射された光を遮光する遮光手段を有することを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか１項に記載の血中酸素飽和度測定装置において、
前記照射手段と、受光手段と、強度算出部と、吸光度変化量算出部と、血中酸素飽和度算出部とは、前記生体から離間して設置されることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
前記照射手段と、受光手段と、強度算出部と、吸光度変化量算出部と、血中酸素飽和度算出部とは、前記生体から離間して設置されることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
【請求項5】
請求項４に記載の血中酸素飽和度測定装置において、
前記生体から離間して設置される筐体をさらに備え、
前記照射手段と、受光手段と、強度算出部と、吸光度変化量算出部と、血中酸素飽和度算出部とは、前記筐体に格納されることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
前記生体から離間して設置される筐体をさらに備え、
前記照射手段と、受光手段と、強度算出部と、吸光度変化量算出部と、血中酸素飽和度算出部とは、前記筐体に格納されることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか１項に記載の血中酸素飽和度測定装置において、
前記生体の皮膚表面に着脱可能に貼り付けられる、または塗布可能な表面反射低減膜をさらに備えることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
前記生体の皮膚表面に着脱可能に貼り付けられる、または塗布可能な表面反射低減膜をさらに備えることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか１項に記載の血中酸素飽和度測定装置において、
前記第１および第２の波長は、近赤外領域にあることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
前記第１および第２の波長は、近赤外領域にあることを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
【請求項8】
請求項１から７のいずれか１項に記載の血中酸素飽和度測定装置において、
前記照射手段は、前記第１および第２の波長と異なる第３の波長の光をさらに照射することを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
前記照射手段は、前記第１および第２の波長と異なる第３の波長の光をさらに照射することを特徴とする血中酸素飽和度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生体の血中酸素飽和度を測定する血中酸素飽和度測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、パルスオキシメータを用いて睡眠中の生体の血中酸素飽和度を測定し、睡眠時無呼吸による低酸素状態を監視するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、パルスオキシメータを指先などの測定部位に装着して生体の血中酸素飽和度を測定する。
【0003】
また、胸部のみ止まり、腹部は動作すると言う睡眠時の無呼吸で生じる現象を捉えることで、睡眠時無呼吸状態を判定するようにした装置が知られている（例えば特許文献２参照）。この特許文献２記載の装置では、睡眠中の生体の胸部および腹部にマイクロ波を照射し、その反射波に基づいて睡眠時無呼吸状態を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１２−２３９８０８号公報
【特許文献2】特開２０１４−１６６５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献１記載の装置は、パルスオキシメータを指先などに装着して血中酸素飽和度を測定するため、睡眠時の生体に違和感を与えて睡眠を妨げたり、パルスオキシメータが指先などから脱落して測定を継続できなくなったりするおそれがある。また、上記特許文献２の装置は、マイクロ波を利用するため、装置自体の構成が複雑で高価なものになる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様は、生体の血液中の酸素飽和度を測定する血中酸素飽和度測定装置であって、互いに異なる第１および第２の波長の光を照射する照射手段と、照射手段によって照射され、生体を透過した光を反射する反射手段と、反射手段によって反射され、再び生体を透過した光を受光する受光手段と、受光手段によって受光された光の受光強度を算出する強度算出部と、強度算出部によって算出された受光強度の時間変化に基づいて生体による吸光度の変化量を算出する吸光度変化量算出部と、第１ および第２ の波長について吸光度変化量算出部によって算出された吸光度変化量に基づいて、生体の血液中の酸素飽和度を算出する血中酸素飽和度算出部と、生体の上顎に着脱可能に装着されるマウスピースと、を備える。反射手段は、マウスピースの上唇側に取り付けられる。【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、照射手段によって照射され、生体を透過し、反射手段によって反射され、生体を透過した光に基づいて血中酸素飽和度を測定するように構成したので、簡易な構成で、睡眠時の生体に違和感を与えることなく生体の血液中の酸素飽和度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置の全体構成を示す概略図。
【図2】ヘモグロビンによる近赤外光の吸収スペクトルを示す図。
【図9】上唇部を説明するための図。
【図14】本発明の第２の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置の全体構成を示す概略図。
【図24】本発明の第３の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置の全体構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
−第１の実施形態−以下、図１〜図１３を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置（以下、装置という）１００の概略構成を示す図である。装置１００は、生体（人間）、特に就寝中の生体の血液中の酸素飽和度（ＳｐＯ２）を測定し、睡眠時無呼吸によって起こり得るＳｐＯ２の低下を監視するために用いられる。装置１００は、測定対象（生体）２００から離間して設置される本体１０と、生体の上顎に着脱可能に装着されるマウスピース２０とを備え、装置１００全体として、パルスオキシメータとして機能する。
【0010】
図２は、ヘモグロビンによる近赤外光の吸収スペクトルを示す図である。パルスオキシメータは、血液中のヘモグロビンが酸素を含むとき（酸化ヘモグロビンＨｂＯ２）と酸素を含まないとき（還元ヘモグロビンＨｂ）とで光の吸収特性が異なることを利用し、異なる２つ以上の波長の光についての生体を透過させたときの透過率からＳｐＯ２を測定する装置である。装置１００は、生体を透過しやすい近赤外領域（生体の窓）の赤外光のうち、ＨｂとＨｂＯ２とで吸光率が異なる波長、例えば、図２の７８０ｎｍと８０５ｎｍと８３０ｎｍの３種類、あるいはこのうちの７８０ｎｍと８３０ｎｍの２種類の波長の赤外光を利用する。
【0011】
図３は、本体１０の斜視図である。本体１０は、略電球形状の筐体１１を備える。筐体１１は、一端部において、ねじ部１２ａが形成された導電性の口金部１２を有する。ねじ部１２ａは、例えば壁面３００に取り付けられたスタンド３０１の先端部のソケット３０２に螺合され、口金部１２を介して本体１０に電力が供給される。スタンド３０１は屈曲自在な可動部３０３を有し、可動部３０３を介して本体１０の向きを調整することができる。スタンド３０１は、壁面取り付け式以外にも、天井取付け式や自立式、クランプ式などでもよく、ベッドサイドに設置しやすい形状が適する。筐体１１の他端部には、透光性を有する樹脂材により構成されるカバー１３が取り付けられる。
【0012】
図４は、本体１０の断面図である。図示のように、筐体１１内には、赤外線ＬＥＤ（発光ダイオード）１４と、赤外線カメラ１５と、白色ＬＥＤ１６と、制御ユニット１７とが配置され、口金部１２および図示しないケーブルなどを介してこれらに外部から電力が供給される。赤外線ＬＥＤ１４と赤外線カメラ１５とは、それぞれ図示しないケーブルなどを介して制御ユニット１７に接続される。
【0013】
図５は、本体１０をカバー１３側から見たときの正面図である。赤外線ＬＥＤ１４は、互いに異なる波長λａ，λｂ，λｃの赤外光を照射する赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを含む。波長λａ，λｂ，λｃは、例えば、７８０ｎｍ，８０５ｎｍ，８３０ｎｍである（図２参照）。赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、一定の照射強度ＩＮＴ０で赤外光を照射する。赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ照射面がカバー１３の表面と平行となるように、筐体１１の周方向に配置される。なお、赤外線ＬＥＤ１４は、少なくとも互いに異なる２種類の波長の赤外光を照射できればよいので、赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｃの２つのみを使用するようにしてもよい。
【0014】
赤外線ＬＥＤ１４が照射する赤外光の波長として３種類の波長λａ，λｂ，λｃを設定することで、波長ごとの測定結果から得られる関係式が増える。このため、酸化ヘモグロビンＨｂＯ２、還元ヘモグロビンＨｂの％濃度［ＨｂＯ２］，［Ｈｂ］を算出するときの精度を高めることができ、ＳｐＯ２の測定精度を向上させることができる。また、可視光領域を避けて波長λａ，λｂ，λｃを設定することで、測定対象２００の睡眠を妨げることなく、赤外光の照射によりＳｐＯ２を測定することができる。
【0015】
赤外線カメラ１５は、赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｂ，１４ｃによって照射された光の照射量、より詳しくは、後述するマウスピース２０の反射フィルム２１の反射面で反射した赤外光を受光して光量を検出し、光量に応じた信号を制御ユニット１７に送信する。また、赤外線カメラ１５は、測定対象２００の顔を認識して上顎の位置（向き）を特定し、その情報を制御ユニット１７に送信する。
【0016】
さらに、赤外線カメラ１５は、ズーム機能を有し、例えば５〜１０倍の光学的なズーミングを行うことができる。赤外線カメラ１５は、図４，５に示すように、レンズ部（受光面）がカバー１３の表面と平行となるように、本体１０の中央に配置される。赤外線カメラ１５は、図４に示すように、受光面がカバー１３に固定され、本体部１５ａが筐体１１に設けられたレール１１ａに沿って筐体１１の長さ方向（矢印で示す）に移動可能であり、これにより、倍率を適宜調整することができる。
【0017】
白色ＬＥＤ１６は、例えば、高輝度白色ＬＥＤにより構成される。白色ＬＥＤ１６は、赤外線ＬＥＤ１４と同様に、照射面がカバー１３の表面と平行となるように、筐体１１の周方向に配置される。なお、白色ＬＥＤ１６は、ＳｐＯ２の測定には直接関係しないため、本体１０は必ずしも白色ＬＥＤ１６を備える必要はない。従って、照明としての機能は不要であり、本体１０の形状も略電球形状に限定されるものではない。
【0018】
図６は、制御ユニット１７の構成を示すブロック図である。制御ユニット１７には、赤外線ＬＥＤ１４と赤外線カメラ１５とが接続される。制御ユニット１７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含むコンピュータにより構成される。
【0019】
制御ユニット１７は、機能的構成として、赤外線ＬＥＤ１４の点消灯を制御する照射制御部１７０と、赤外線カメラ１５が受光した光量に応じた信号に基づいて受光強度ＩＮＴ（ＩＮＴａ，ＩＮＴｂ，ＩＮＴｃ）を算出する強度算出部１７１と、強度算出部１７１によって算出された受光強度ＩＮＴ（ＩＮＴａ，ＩＮＴｂ，ＩＮＴｃ）の時間変化に基づいて吸光度Ａの変化量ΔＡを算出する吸光度変化量算出部１７２と、各波長λ（λａ，λｂ，λｃ）について吸光度変化量算出部１７２によって算出された吸光度変化量ΔＡ（ΔＡａ，ΔＡｂ，ΔＡｃ）に基づいてＳｐＯ２を算出する血中酸素飽和度算出部（ＳｐＯ２算出部）１７３とを有する。
【0020】
図７Ａ〜７Ｃは、図１に示す測定対象２００の上顎に着脱可能に装着されるマウスピース２０の製造工程を示す斜視図、図８は、マウスピース２０の要部断面図である。マウスピース２０は、例えば、透明な熱可塑性の樹脂で構成され、厚さ０．５〜０．８ｍｍ程度の歯列矯正用マウスピースを用いることができる。マウスピース２０は、上唇側に反射フィルム２１を有する。
【0021】
マウスピース２０を製造するにあたっては、まず、図７Ａに示すように、マウスピース２０の第１層（内側の層）２０ａを樹脂で成形する。次いで、図７Ｂに示すように、第１層２０ａの上唇側に反射フィルム２１を反射面が上唇側となるように貼り付ける。最後に、図７Ｃに示すように、第１層２０ａの上に第２層（外側の層）２０ｂを樹脂で成形し、これにより、樹脂の第１層２０ａと第２層２０ｂとの間に反射フィルム２１を介挿する。
【0022】
反射フィルム２１としては、例えば、厚さ５０μｍ程度の、フィルムシールに金属を蒸着したものを用いることができる。反射フィルム２１の厚さは薄く、例えば、一般的な歯列矯正用マウスピースの厚さと比較しても、１０分の１程度である。このため、過度に厚さを増大することなくマウスピース２０に介挿することができ、装着感を損なうことがない。従って、睡眠時に測定対象２００が違和感を感じることなく装着することができ、睡眠を妨げることなく安定した測定を行うことが可能となる。また、マウスピース２０が脱落して測定を継続できなくなったりする可能性を低減することができる。
【0023】
図９は、上唇部を説明するための図である。本明細書では、図９に斜線で示すように、上唇と鼻との間の部分を「上唇部」と称する。図８に示すように、上唇部の裏側には上顎の歯や歯茎があり、上唇部は指などと比べて薄い。このため、上唇部には容易に光を透過させることができる。また、上唇部には、上唇動脈や毛細血管などの血管が走行している。測定対象２００の上唇部の口腔側には、測定対象２００の上顎に装着されたマウスピース２０の反射フィルム２１の反射面が位置する。
【0024】
本体１０の赤外線ＬＥＤ１４によって照射された赤外光は、測定対象２００の上唇部を透過して、マウスピース２０の反射フィルム２１の表面で反射する。マウスピース２０の反射フィルム２１の反射面で反射した赤外光は、再び測定対象２００の上唇部を透過して、本体１０の赤外線カメラ１５によって受光される。なお、本体１０は、可動部３０３（図１）を介して、赤外線ＬＥＤ１４が赤外光を照射する方向が測定対象２００の上唇部、すなわち、マウスピース２０の反射フィルム２１の反射面となるように、向きを調整される。
【0025】
より具体的には、本体１０の赤外線ＬＥＤ１４によって照射されて測定対象２００の上唇部まで到達した赤外光は、一部が測定対象２００の皮膚表面で正反射し、正反射しなかった一部の赤外光が測定対象２００の上唇部に入射する。測定対象２００の上唇部に入射した赤外光は、測定対象２００の体内で散乱するとともに、血液中の酸化ヘモグロビンＨｂＯ２、還元ヘモグロビンＨｂ、血液以外の組織によって吸収されながら、測定対象２００の上唇部を透過して、散乱や吸収によって失われなかった一部の赤外光がマウスピース２０の反射フィルム２１の反射面に到達して反射する。
【0026】
マウスピース２０の反射フィルム２１の反射面で反射した赤外光は、反射の角度に応じて測定対象２００の上唇部に再び入射し、体内で散乱、吸収されながら上唇部を透過して、散乱、吸収によって失われなかった一部の赤外光が本体１０の赤外線カメラ１５に到達して受光される。なお、粘膜は角質層がない、あるいは角質層が極薄いため、粘膜表面では正反射が起こりにくい。このため、口腔側から到達する赤外光の大部分は粘膜表面で正反射することなく上唇部に入射する。
【0027】
ところで、装置１００は、血液中のヘモグロビンによる吸光量に注目してＳｐＯ２を測定するものであるため、測定精度を向上させるには、赤外線カメラ１５による受光量を十分に確保することや、赤外線カメラ１５による受光量全体に対する皮膚表面で正反射する赤外光の割合を低減してＳＮ比を向上させることが望ましい。測定対象２００の皮膚表面に着脱可能に貼り付けられる反射低減シート、あるいは塗布可能な反射低減剤を用いることで、皮膚表面での正反射による赤外光の損失を低減し、より多くの赤外光を上唇部に入射させることができる。
【0028】
図１０は、マウスピース２０の反射フィルム２１の変形例を示す断面図である。赤外線ＬＥＤ１４によって照射された赤外光は、反射フィルム２１の反射面に対して垂直に入射するとは限らない。反射フィルム２１の反射面は金属蒸着により鏡面となっているため、Ｌ１，Ｌ２に示すように、反射面に入射した赤外光（１点鎖線で示す）は、反射面に対して入射角度と同じ角度で正反射する。このため、Ｌ１に示すように、反射光が赤外線カメラ１５の受光（撮影）領域外に出てしまうおそれがある。この点を考慮し、図１０の変形例では、反射フィルム２１の反射面に半球状の凹部２１ｄが設けられる。これにより、Ｌ２に示すように、赤外光の大部分が反射面（凹部２１ｄ）に対して垂直に入射するようになり、このため、反射フィルム２１に対する入射角度によらず、入射した方向に反射するように反射方向を規制することができる。
【0029】
図１１は、赤外線ＬＥＤ１４および赤外線カメラ１５の変形例を示す図である。図１１では、赤外線ＬＥＤ１４の照射面および赤外線カメラ１５の受光面に、それぞれ赤外光を偏光する偏光フィルタ１４ｐ，１５ｐが設置される。偏光フィルタ１４ｐと偏光フィルタ１５ｐとは、偏光方向が直交するように設置される。赤外線ＬＥＤ１４によって照射された赤外光は、偏光フィルタ１４ｐによって一の方向に偏光され、その偏光方向のまま測定対象２００の皮膚表面で正反射される。このため、測定対象２００の皮膚表面で正反射された赤外光は、偏光方向が偏光フィルタ１４ｐと直交する偏光フィルタ１５ｐを透過することはできない。すなわち、偏光フィルタ１５ｐによって測定対象２００の皮膚表面で反射した赤外光を遮光することができる。
【0030】
偏光フィルタ１５ｐとしては、赤外光を偏光可能な偏光フィルム、例えば、ワイヤグリッド偏光フィルムＷＧＦ（登録商標）を利用することができる。なお、赤外線ＬＥＤ１４（の照射光）自体が特定の方向に偏光している場合は、偏光フィルタ１４ｐを設置する必要はない。この場合は、偏光フィルタ１５ｐを、赤外線ＬＥＤ１４と偏光フィルタ１５ｐとの偏光方向が直交するように設置する。
【0031】
いずれにしても、脈動周期のようなごく短い時間では、反射や散乱、血液以外の組織による吸収によって失われる赤外光の割合はほぼ一定である。すなわち、１秒程度の脈動周期で測定される吸光度Ａの変化量ΔＡは、測定対象２００の上唇部を流れる血液中のヘモグロビン（酸化ヘモグロビンＨｂＯ２および還元ヘモグロビンＨｂ）による吸光量の変化に相当する。酸化ヘモグロビンＨｂＯ２、還元ヘモグロビンＨｂの吸光係数をそれぞれεＨｂＯ２，εＨｂとすると、ランベルト・ベールの法則により、吸光度Ａの変化量ΔＡは、次式（ｉ）で表される。ΔＡ＝εＨｂＯ２×［ＨｂＯ２］＋εＨｂ×［Ｈｂ］ ・・・（ｉ）
【0032】
本体１０の赤外線ＬＥＤ１４による各波長λ（λａ，λｂ，λｃ）の赤外光の照射時間Ｔを、脈動周期に相当する１秒程度として、各波長λの赤外光の照射中に本体１０の赤外線カメラ１５によって受光される赤外光の最大受光強度ＩＮＴＭＡＸ、最小受光強度ＩＮＴＭＩＮを測定することで、次式（ｉｉ）により吸光度Ａの変化量ΔＡを算出することができる。ΔＡ＝ｌｏｇ（ＩＮＴＭＩＮ／ＩＮＴＭＡＸ） ・・・（ｉｉ）
【0033】
従って、各波長λａ，λｂ，λｃでの測定結果から得られる３つ（またはいずれか２つ）の連立方程式に基づいて酸化ヘモグロビンＨｂＯ２、還元ヘモグロビンＨｂの濃度［ＨｂＯ２］，［Ｈｂ］を算出し、次式（ｉｉｉ）により測定対象２００のＳｐＯ２を算出することができる。ＳｐＯ２＝［ＨｂＯ２］／（［ＨｂＯ２］＋［Ｈｂ］） ・・・（ｉｉｉ）
【0034】
図１２は、制御ユニット１７で実行される処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、図示しないスイッチをオンにすると開始され、所定時間毎に繰り返し実行される。まず、ステップＳ１で、各波長λａ，λｂ，λｃの赤外光を照射したときの、吸光度Ａａ，Ａｂ，Ａｃの変化量ΔＡａ，ΔＡｂ，ΔＡｃを算出する。
【0035】
図１３は、ステップＳ１の処理をより具体化したフローチャートである。図１３に示すように、ステップＳ１１で、照射制御部１７０での処理により、赤外線ＬＥＤ１４ａをオンして、照射強度ＩＮＴ０，波長λａの赤外光の照射を開始する。次いで、ステップＳ１２で、強度算出部１７１での処理により、赤外線カメラ１５からの光量に応じた信号に基づいて受光強度ＩＮＴａを算出する。次いで、ステップＳ１３で、赤外線ＬＥＤ１４ａをオンしてから照射時間Ｔが経過したか否か判断し、否定されるときはステップＳ１２に戻る。ステップＳ１３で肯定されるときはステップＳ１４に進み、照射制御部１７０での処理により、赤外線ＬＥＤ１４ａをオフして波長λａの赤外光の照射を終了する。
【0036】
次いで、ステップＳ１５で、強度算出部１７１での処理により、照射時間Ｔにおける最大受光強度ＩＮＴａＭＡＸ、最小受光強度ＩＮＴａＭＩＮを決定する。次いで、ステップＳ１６で、吸光度変化量算出部１７２での処理により、吸光度Ａａの変化量ΔＡａを算出する。波長λｂ，λｃについても、波長λａと同様に、図１３のフローチャートの処理を順次実行し、次いで図１２のステップＳ２に進み、ＳｐＯ２算出部１７３での処理により、各波長λａ，λｂ，λｃの吸光度Ａａ，Ａｂ，Ａｃの変化量ΔＡａ，ΔＡｂ，ΔＡｃに基づいて、測定対象２００のＳｐＯ２を算出する。次いで、ステップＳ３で、ＳｐＯ２の測定結果を時系列で制御ユニット１７のメモリに保存する。
【0037】
なお、図１２のステップＳ１の処理を行うのに要する時間、すなわち、３種類の波長λａ，λｂ，λｃについて、図１３のステップＳ１１〜Ｓ１６の処理を行うのに要する合計時間は、１〜２秒程度とする。また、図１２のステップＳ２〜Ｓ３の処理を行うのに要する時間は、１秒程度とする。すなわち、赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが等しい時間間隔（例えば、０．５秒程度）で１度ずつ順次点消灯した後、すべての赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが１秒程度消灯する。これにより、強度算出部１７１での処理により赤外線カメラ１５からの光量に応じた信号に基づいて受光強度ＩＮＴを算出するとき、赤外線ＬＥＤ１４の点消灯パターンから、どの波長の赤外光が照射されているかを把握することが可能となり、赤外線カメラ１５にバンドパスフィルタなどを設ける必要がない。
【0038】
第１の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。（１）第１の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置（装置）１００は、測定対象２００の血液中の酸素飽和度ＳｐＯ２を測定する血中酸素飽和度測定装置であって、互いに異なる第１および第２の波長λａ，λｃ（一例として７８０ｎｍ，８３０ｎｍ）の赤外光を照射する赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｃ（照射手段）と、赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｃによって照射され、測定対象２００の上唇部（生体）を透過した赤外光を反射する反射フィルム２１（反射手段）と、反射フィルム２１によって反射され、測定対象２００の上唇部を透過した赤外光を受光する赤外線カメラ１５（受光手段）と、赤外線カメラ１５によって受光された赤外光の受光強度ＩＮＴ（ＩＮＴａ，ＩＮＴｃ）を算出する強度算出部１７１と、強度算出部１７１によって算出された受光強度ＩＮＴ（ＩＮＴａ，ＩＮＴｃ）の時間変化に基づいて測定対象２００の上唇部による吸光度Ａ（Ａａ，Ａｃ）の変化量ΔＡ（ΔＡａ，ΔＡｃ）を算出する吸光度変化量算出部１７２と、第１および第２の波長λａ，λｃについて吸光度変化量算出部１７２によって算出された吸光度変化量ΔＡ（ΔＡａ，ΔＡｃ）に基づいて、測定対象２００の血液中の酸素飽和度ＳｐＯ２を算出する血中酸素飽和度算出部（ＳｐＯ２算出部）１７３とを備える（図１，３〜８）。
【0039】
これにより、例えば、反射フィルム２１を有するマウスピース２０などを利用して、反射フィルム２１のみを測定対象２００に装着し、それ以外の赤外線ＬＥＤ１４、赤外線カメラ１５および強度、吸光度変化量、ＳｐＯ２算出部１７１〜１７３は筐体（例えば、本体１０など）に格納して、測定対象２００から離間して設置することができる。これにより、簡易な構成で、睡眠時の測定対象２００に違和感を与えることなく、測定対象２００の血液中の酸素飽和度ＳｐＯ２を測定することができる。また、マイクロ波などを利用しないため、装置自体の構成が簡易なものになる。
【0040】
（２）測定対象２００の上顎に着脱可能に装着されるマウスピース２０（例えば、透明な樹脂製の歯列矯正用マウスピース）をさらに備え、反射フィルム２１は、マウスピース２０の上唇側に取り付けられる（図１，図８）。反射フィルム２１の厚さは薄くすることができるため、測定対象２００に装着させたときの装着感は一般的な歯列矯正用マウスピースと同等であり、従って、睡眠時の測定対象２００に違和感を与えて睡眠を妨げることがなく、指先などの測定部位に装着する従来のパルスオキシメータに比べて、反射フィルム２１を有するマウスピース２０の脱落のおそれがなく、安定して測定を継続することができる。
【0041】
（３）反射フィルム２１は、反射面に半球状の凹部２１ｄを有するので（図１０）、赤外線ＬＥＤ１４によって照射された赤外光の大部分が反射面に対して垂直に入射する。これにより、反射フィルム２１に対する入射角度によらず、入射した方向に反射するように、赤外光の反射方向を規制することができる。
【0042】
（４）赤外線カメラ１５は、測定対象２００の皮膚表面によって反射された赤外光を遮光する偏光フィルタ１５ｐ（遮光手段）を有するので（図１１）、赤外線カメラ１５による受光量全体に対する測定対象２００の皮膚表面での反射光の割合を低減してＳＮ比を向上させ、血液中のヘモグロビンによる吸光量に基づくＳｐＯ２の測定精度を向上させることができる。
【0043】
（５）赤外線ＬＥＤ１４と、赤外線カメラ１５と、強度算出部１７１と、吸光度変化量算出部１７２と、ＳｐＯ２算出部１７３とは、測定対象２００から離間して設置されるため（図１，３〜６）、測定対象２００は反射フィルム２１を有するマウスピース２０のみを装着すればよく、よって違和感を感じることがない。また、電源が必要となるこれらの構成に対し、容易に電力を供給することができる。すなわち、電池や電源コードが不要となり、装置の構成を簡易にすることができる。
【0044】
（６）測定対象２００から離間して設置される本体１０（筐体）をさらに備え、赤外線ＬＥＤ１４と、赤外線カメラ１５と、強度算出部１７１と、吸光度変化量算出部１７２と、ＳｐＯ２算出部１７３とは、本体１０に格納される（図１，３〜６）。例えば、本体１０を、口金部１２を有する略電球形状とすれば、一般的な電球用のソケットから口金部１２を介して容易に電力の供給を受けることができる。また、屈曲自在な可動部を有する電気スタンドを利用すれば、本体１０を測定に適した向きに容易に調整することができる。さらに、電気スタンドとして、壁面取り付け式や天井取付け式、自立式、クランプ式など、ベッドサイドに設置しやすい形状のものを利用することで、本体１０を測定に適した位置に容易に配置することができる。
【0045】
（７）測定対象２００の上唇部の皮膚表面に着脱可能に貼り付けられる反射低減シート、または塗布可能な表面反射低減膜をさらに用いることで、皮膚表面での反射による赤外光の損失を低減し、より多くの赤外光を測定対象２００の上唇部に入射させ、ＳｐＯ２の測定精度を向上させることができる。
【0046】
（８）第１および第２の波長λａ，λｃは、近赤外領域にあり、可視光領域ではないため、測定対象２００の睡眠を妨げることなく赤外光を照射してＳｐＯ２を測定することができる。
【0047】
（９）赤外線ＬＥＤ１４は、第１および第２の波長λａ，λｃと異なる第３の波長λｂの赤外光をさらに照射するため、赤外線ＬＥＤ１４が照射する赤外光の波長を波長λａ，λｂ，λｃの３波長となる。これにより、波長ごとの測定結果から得られる関係式が増えて、酸化ヘモグロビンＨｂＯ２、還元ヘモグロビンＨｂの濃度［ＨｂＯ２］，［Ｈｂ］を算出するときの精度を高めることで、ＳｐＯ２の測定精度を向上させることができる。
【0048】
−第２の実施形態−図１４〜２３を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。以下では第１の実施形態との相違点を主に説明する。図１４は、本発明の第２の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置（以下、装置という）１００Ａの概略構成を示す図である。装置１００Ａは、測定対象（生体）２００から離間して設置される本体１０Ａと、生体の上顎に着脱可能に装着されるマウスピース２０Ａとを備え、装置１００Ａ全体として、パルスオキシメータとして機能する。第１の実施形態では本体１０に赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃを配置して赤外光を照射するように構成したが、第２の実施形態では、マウスピース２０Ａに赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃを配置して赤外光を照射するように構成する。
【0049】
図１５Ａ〜１５Ｃは、図１４のマウスピース２０Ａの製造工程を示す斜視図、図１６は、マウスピース２０Ａの要部断面図である。マウスピース２０Ａは、上唇側に左右２つの照射ユニット１４ＵＮＴを有する。マウスピース２０Ａを製造するにあたっては、まず、図１５Ａに示すように、マウスピース２０Ａの第１層（内側の層）２０ａを透明な熱可塑性の樹脂で成形する。次いで、図１５Ｂに示すように、第１層２０ａの上唇側に左右２つの照射ユニット１４ＵＮＴ（右側の照射ユニット１４ＵＮＴのみ図示）を取り付ける。最後に、図１５Ｃに示すように、第１層２０ａの上に第２層（外側の層）２０ｂを樹脂で成形し、これにより、樹脂の第１層２０ａと第２層２０ｂとの間に照射ユニット１４ＵＮＴを介挿する。なお、照射ユニット１４ＵＮＴは、一体化した第１層２０ａと第２層２０ｂとによって完全に防水される。
【0050】
図１５Ｂに示すように、照射ユニット１４ＵＮＴは、ボタン型電池１４ＢＢと、プリント基板１４ＰＣＢと、赤外線ＬＥＤ１４と、スイッチ１４ＳＷと、照射制御装置１４ＣＴＬとを有する。プリント基板１４ＰＣＢは、ボタン型電池１４ＢＢと同じ大きさの円形であり、図示しないケーブルなどを介してボタン型電池１４ＢＢに接続されるとともに、ボタン型電池１４ＢＢの上（上唇側）に配置される。プリント基板１４ＰＣＢには、赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（波長λａ，λｂ，λｃ）と、赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃのオンオフを切り替えるスイッチ１４ＳＷと、赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃの点消灯を制御する照射制御装置１４ＣＴＬとが配置される。スイッチ１４ＳＷは、可撓性を有する樹脂を介して押圧される。
【0051】
図１６に示すように、測定対象２００の口腔内において、照射ユニット１４ＵＮＴから照射された赤外光は、測定対象２００の口腔側の粘膜から上唇部に入射して透過し、その後、本体１０Ａ（図１４）の赤外線カメラ１５によって受光される。このため、上唇部に入射するときの反射による赤外光の損失が少なく、より精度の高いＳｐＯ２測定が可能となる。
【0052】
図１７は、照射ユニット１４ＵＮＴの回路図、図１８は、照射ユニット１４ＵＮＴの照射パターンを示す図である。照射ユニット１４ＵＮＴのスイッチ１４ＳＷをオンにすると、赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃの点消灯が開始される。図１８に示すように、赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃは、０．５秒間の点灯を順次行った後、すべての赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃが１秒間消灯するように、照射制御装置１４ＣＴＬによって制御される。
【0053】
図１９は、本体１０Ａの斜視図、図２０は、本体１０Ａの断面図である。図２０に示すように、筐体１１内には、赤外線カメラ１５と、白色ＬＥＤ１６と、制御ユニット１７Ａとが配置され、口金部１２および図示しないケーブルなどを介してこれらに外部から電力が供給される。赤外線カメラ１５は、図示しないケーブルなどを介して制御ユニット１７Ａに接続される。赤外線カメラ１５は、マウスピース２０Ａの赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃによって照射された赤外光を受光して光量を検出し、光量に応じた信号を制御ユニット１７Ａに送信する。
【0054】
図２１は、制御ユニット１７Ａの構成を示すブロック図である。制御ユニット１７Ａには、赤外線カメラ１５が接続される。制御ユニット１７Ａは、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含むコンピュータにより構成される。制御ユニット１７Ａは、機能的構成として、赤外線カメラ１５が受光した赤外光の波長を判定する波長判定部１７０Ａと、受光強度ＩＮＴ（ＩＮＴａ，ＩＮＴｂ，ＩＮＴｃ）を算出する強度算出部１７１と、吸光度Ａの変化量ΔＡを算出する吸光度変化量算出部１７２と、ＳｐＯ２を算出する血中酸素飽和度算出部（ＳｐＯ２算出部）１７３とを有する。
【0055】
波長判定部１７０Ａは、赤外線カメラ１５が受光した赤外光の光量に応じた信号に基づいて、赤外光の点消灯パターンから、赤外線カメラ１５が受光した赤外光の波長を判定する。波長λａ〜λｃの赤外光を照射する赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃは、照射制御装置１４ＣＴＬにより、図１８に示すように、０．５秒間の点灯を順次行った後、すべての赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃが１．０秒間消灯するように制御される。従って、消灯後０秒〜０．５秒は波長λａ、消灯後０．５秒〜１．０秒は波長λｂ、消灯後１．０秒〜１．５秒は波長λｃと判定することができる。すなわち、赤外線ＬＥＤ１４ａ〜１４ｃの点消灯パターンから、どの波長の赤外光が照射されているかを把握することが可能となり、赤外線カメラ１５にバンドパスフィルタなどを設ける必要がない。
【0056】
図２２は、制御ユニット１７Ａで実行される処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、図示しないスイッチをオンにすると開始され、所定時間毎に繰り返し実行される。まず、ステップＳ１００で、マウスピース２０Ａの照射ユニット１４ＵＮＴから各波長λａ，λｂ，λｃの赤外光を照射したときの、吸光度Ａａ，Ａｂ，Ａｃの変化量ΔＡａ，ΔＡｂ，ΔＡｃを算出する。
【0057】
図２３は、ステップＳ１００の処理をより具体化したフローチャートである。図２３に示すように、ステップＳ１０１で、波長判定部１７０Ａでの処理により、赤外線カメラ１５が受光した赤外光の波長が波長λａか否かを判定する。ステップＳ１０１は肯定されるまで繰り返される。ステップＳ１０１が肯定されるとステップＳ１０２に進み、受光強度ＩＮＴａを算出する。次いで、ステップＳ１０３で、強度算出部１７１での処理により、照射時間Ｔにおける最大受光強度ＩＮＴａＭＡＸ、最小受光強度ＩＮＴａＭＩＮを決定する。次いで、ステップＳ１０４で、吸光度変化量算出部１７２での処理により、吸光度Ａａの変化量ΔＡａを算出する。
【0058】
波長λｂ，λｃについても、波長λａと同様に、図２３のフローチャートの処理を実行する。次いで図２２のステップＳ２００に進み、ＳｐＯ２算出部１７３での処理により、各波長λａ，λｂ，λｃの吸光度Ａａ，Ａｂ，Ａｃの変化量ΔＡａ，ΔＡｂ，ΔＡｃに基づいて、測定対象２００のＳｐＯ２を算出する。次いで、ステップＳ３００で、ＳｐＯ２の測定結果を時系列で制御ユニット１７Ａのメモリに保存する。
【0059】
第２の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置（装置）１００Ａは、第１および第２の波長λａ，λｃの赤外光を照射する赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｃ（照射手段）が、マウスピース２０Ａに取り付けられる。これにより、測定対象２００の口腔内において、マウスピース２０Ａに取り付けられた赤外線ＬＥＤ１４ａ，１４ｃによって照射された赤外光は、測定対象２００の口腔側の粘膜から上唇部に入射して透過し、赤外線カメラ１５によって受光されるため、上唇部に入射するときの反射による赤外光の損失が少なく、精度の高いＳｐＯ２測定が可能となる。
【0060】
−第３の実施形態−図２４〜２８を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。以下では第２の実施形態との相違点を主に説明する。図２４は、本発明の第３の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置（以下、装置という）１００Ｂの概略構成を示す図である。装置１００Ｂは、測定対象（生体）２００から離間して設置される本体１０Ａと、生体の上顎および下顎に着脱可能に装着されるマウスピース２０Ｂとを備え、装置１００Ｂ全体として、パルスオキシメータとして機能する。第３の実施形態のマウスピース２０Ｂは、睡眠時無呼吸状態の発生を抑制するための治療用マウスピースとしても機能する。
【0061】
図２５は、マウスピース２０Ｂの斜視図である。マウスピース２０Ｂは、測定対象２００の上顎に着脱可能に装着される上顎用マウスピース２０ＢＵと、測定対象２００の下顎に着脱可能に装着される下顎用マウスピース２０ＢＬとで構成される。下顎用マウスピース２０ＢＬは、左右両側から上顎側に突出する山型の突起２２を有する。上顎用マウスピース２０ＢＵは、測定対象２００の上顎に対する下顎の動きに沿って下顎用マウスピース２０ＢＬの突起２２が摺接するための、突起受け２３を有する。図２５に示すように、突起受け２３は、上面視において略等脚台形状を呈する筒状壁で構成される。
【0062】
図２５に示すように、突起２２と突起受け２３とは、測定対象２００の下顎を前進位置に規制するように配置される。突起２２および突起受け２３は、マウスピース本体（第１層２０ａ、第２層２０ｂ）よりも強度の高い樹脂で構成される。マウスピース２０Ｂを上下顎に装着した場合は、睡眠中も常に下顎が前進位置に規制されることで気道が確保されるため、マウスピース２０Ｂは睡眠時無呼吸状態の発生を抑制するための治療用マウスピースとしても機能する。
【0063】
図２６は、上顎用マウスピース２０ＢＵの部分断面図である。図２５，２６に示すように、上顎用マウスピース２０ＢＵの第１層２０ａと第２層２０ｂとの間には、突起受け２３と照射ユニット１４ＵＮＴとが介挿される。照射ユニット１４ＵＮＴのボタン型電池１４ＢＢ、プリント基板１４ＰＣＢ、スイッチ１４ＳＷ、照射制御装置１４ＣＴＬは、突起受け２３の内側に配置される。照射ユニット１４ＵＮＴの赤外線ＬＥＤ１４は、上顎用マウスピース２０ＢＵの前方上唇側に配置され、リード線１４ＬＷによってプリント基板１４ＰＣＢに接続される。
【0064】
図２７は、マウスピース２０Ｂに類似する、治療用マウスピース２０Ｂ’の斜視図、図２８は、治療用上顎用マウスピース２０ＢＵ’の部分断面図である。装置１００Ｂ（パルスオキシメータ）を長期間使用せず、治療用にマウスピースのみを継続的に使用する場合には、図２７，２８に示すような治療用マウスピース２０Ｂ’を使用する。図２７，２８に示すように、治療用マウスピース２０Ｂ’の治療用上顎用マウスピース２０ＢＵ’は、照射ユニット１４ＵＮＴを有さない。突起受け２３の内側には、照射ユニット１４ＵＮＴのボタン型電池１４ＢＢ、プリント基板１４ＰＣＢ、スイッチ１４ＳＷ、照射制御装置１４ＣＴＬに代えて、略台形柱状の治療用アタッチメント２４が配置される。治療用アタッチメント２４は、突起受け２３と同様の、マウスピース本体よりも強度の高い樹脂で構成される。治療用上顎用マウスピース２０ＢＵ’は、治療用アタッチメント２４を使用するため、電池などを口腔内に入れる必要がなく、突起受け２３の強度を高めることができる。
【0065】
第３の実施形態に係る血中酸素飽和度測定装置（装置）１００Ｂは、上顎用マウスピース２０ＢＵに加え、下顎用マウスピース２０ＢＬをさらに備え、下顎用マウスピース２０ＢＬは上顎側に突出する突起２２を有し、上顎用マウスピース２０ＢＵは上顎に対する下顎の動きに沿って突起２２が摺接すべき突起受け２３を有し、突起２２と突起受け２３とは、下顎を前進位置に規制するように配置される。測定対象２００がマウスピース２０Ｂを上下顎に装着することで、睡眠中も常に下顎が前進位置に規制されることで気道が確保されるため、睡眠時無呼吸状態の発生を抑制することができる。
【0066】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【0067】
１０，１０Ａ 本体、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ） 赤外線ＬＥＤ（発光ダイオード）、１５ 赤外線カメラ、１７，１７Ａ 制御ユニット、２０，２０Ａ，２０Ｂ マウスピース、２０ＢＬ 下顎用マウスピース、２０ＢＵ 上顎用マウスピース、２１ 反射フィルム、２２ 突起、２３ 突起受け、１７０ 照射制御部、１７０Ａ 波長判定部、１７１ 強度算出部、１７２ 吸光度変化量算出部、１７３ ＳｐＯ２算出部、１００，１００Ａ，１００Ｂ 血中酸素飽和度測定装置（装置）、２００ 測定対象