生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)和生物信號(hào)測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】一種生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，包括：光發(fā)射器，其發(fā)射具有N種不同波長(zhǎng)的光束，其中N是4以上的整數(shù)；光接收器，其根據(jù)接收到的已穿過活組織或從活組織反射的所述N種光束的光強(qiáng)度來相應(yīng)地輸出N種信號(hào)；第一計(jì)算部，其根據(jù)所述N種信號(hào)獲取N種光衰減；第二計(jì)算部，其根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減來獲取(N-1)種血液來源的光衰減；第三計(jì)算部，其根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減來鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及輸出部，其輸出所述鑒定到的濃度。
【專利說明】生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)和生物信號(hào)測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，更具體來說，涉及用于根據(jù)從作為活體的實(shí)例的受檢者獲取的生物信號(hào)來鑒定在血液中的物質(zhì)(在后文中，這樣的物質(zhì)被稱為“血液中物質(zhì)”)的濃度的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及在所述系統(tǒng)中使用的生物信號(hào)測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于測(cè)定血液是否被充足供應(yīng)到活組織來說，血液氧合程度的測(cè)量是重要的。通過使用脈搏血氧儀能夠容易地測(cè)量動(dòng)脈血的氧合程度，即動(dòng)脈氧飽和度。還存在通過使用脈搏血氧儀的原理來測(cè)量作為異常血紅蛋白的一氧化碳血紅蛋白COHb或高鐵血紅蛋白MetHb的血液濃度的方法(例如，參見JP-A-2002-228579)。
[0003]當(dāng)使用脈搏血氧儀的原理時(shí)，可以容易地進(jìn)行非侵入性測(cè)量，但是脈搏波振幅取決于測(cè)量精度。例如，在循環(huán)中發(fā)生障礙并且脈搏波極端減弱的情形中，不能進(jìn)行測(cè)量。在一氧化碳中毒的情形中，當(dāng)COHb濃度超過50%時(shí)，心功能降低并引起昏迷。此外，在這樣的情形中，基于脈搏血氧儀的原理的測(cè)量有時(shí)是不可能的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明可以提供一種技術(shù)，在所述技術(shù)中，即使從處于昏迷狀態(tài)并且循環(huán)受損的患者，也可以通過簡(jiǎn)單的方法獲取與血液中物質(zhì)的濃度相關(guān)的信息。
[0005]可以提供一種生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:光發(fā)射器，其被構(gòu)造成發(fā)射具有N種不同波長(zhǎng)的光束，其中N是4以上的整數(shù)；光接收器，其被構(gòu)造成根據(jù)接收到的所述N種光束的光強(qiáng)度來相應(yīng)地輸出N種信號(hào)，所述N種光束已穿過受檢者的活組織或從活組織反射；第一計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)所述N種信號(hào)獲取N種光衰減；第二計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)選自所述N種光衰減的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減來獲取(N-1)種血液來源的光衰減；第三計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減來鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及輸出部，其被構(gòu)造成輸出所述鑒定到的濃度。
[0006]所述第二計(jì)算部可以根據(jù)所述兩種光衰減的差來獲取每種所述血液來源的光衰減。
[0007]可以從所述N種波長(zhǎng)中選擇與用于獲取所述差的所述兩種光衰減相對(duì)應(yīng)的兩種波長(zhǎng)，作為非血液組織的光衰減的差較小的波長(zhǎng)。
[0008]可以通過乘以與所述相應(yīng)波長(zhǎng)中非血液組織的光衰減相對(duì)應(yīng)的系數(shù)來獲得所述差。
[0009]所述N可以為4，并且所述血液中物質(zhì)可以是選自氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白、一氧化碳血紅蛋白和高鐵血紅蛋白中的三種。
[0010]所述N可以為5，并且所述血液中物質(zhì)可以是氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白、一氧化碳血紅蛋白和聞鐵血紅蛋白。
[0011]所述生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)還可以包括監(jiān)測(cè)部，該監(jiān)測(cè)部被構(gòu)造成使所述第三計(jì)算部以預(yù)定的定時(shí)鑒定所述濃度。
[0012]所述監(jiān)測(cè)部可以通過所述輸出部通知當(dāng)壓迫所述活組織時(shí)的定時(shí)。
[0013]所述生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)還可以包括壓力檢測(cè)部，所述壓力檢測(cè)部被構(gòu)造成檢測(cè)施加到所述活組織的壓力，并被構(gòu)造成輸出對(duì)應(yīng)于所述壓力的信號(hào)。
[0014]可以根據(jù)由所述活組織的壓迫造成的接收到的光強(qiáng)度的變化來獲取所述光衰減。
[0015]所述生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)還可以包括:加壓部，其適合于附接到所述受檢者，以便對(duì)所述活組織加壓；以及加壓控制部，其被構(gòu)造成控制所述加壓部，用于引起所述活組織的光衰減的變化。
[0016]可以提供一種生物信號(hào)測(cè)量裝置，所述裝置包括:信號(hào)接收部，其被構(gòu)造成接收與光束的光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的N種信號(hào)，該光束已穿過受檢者的活組織或從所述活組織反射并具有N種波長(zhǎng)，其中N是4以上的整數(shù)；第一計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)所述N種信號(hào)來獲取N種光衰減；第二計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減來獲取(N-1)種血液來源的光衰減；第三計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減來鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及輸出部，其被構(gòu)造成輸出所述鑒定到的濃度。
[0017]可以提供一種控制生物信號(hào)測(cè)量裝置的方法，所述生物信號(hào)測(cè)量裝置包括信號(hào)接收部，該信號(hào)接收部被構(gòu)造成接收與光束的光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的N種信號(hào)，該光束已穿過受檢者的活組織或從所述活組織反射并具有N種波長(zhǎng)，其中N是4以上的整數(shù)，所述方法包括:根據(jù)所述N種信號(hào)來獲取N種光衰減；根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減來獲取(N-1)種血液來源的光衰減；根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減來鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及輸出所述鑒定到的濃度。
[0018]可以提供一種程序，其使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述方法。
[0019]可以提供一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，其儲(chǔ)存使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述方法的程序。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是示出了本發(fā)明的一實(shí)施例的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)造的功能框圖。
[0021]圖2是示出了由生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的第二計(jì)算部所執(zhí)行的處理的實(shí)例的圖。
[0022]圖3是補(bǔ)充由第二計(jì)算部所執(zhí)行的處理的圖示的圖。
[0023]圖4A至4C是示出了血液中物質(zhì)的吸收系數(shù)與濃度之間的關(guān)系的圖。
[0024]圖5是示出了與活組織的加壓相關(guān)的血液中物質(zhì)的濃度的鑒定的圖。
[0025]圖6是示出了修改例的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)造的功能框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。在下面的描述中使用的圖中，對(duì)比例尺進(jìn)行適當(dāng)改變以便以可識(shí)別的尺寸繪制部件。
[0027]如圖1中所示，所述實(shí)施例的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)I包括測(cè)量裝置10和探針20。測(cè)量裝置10包括:指令接收部11、控制部12、信號(hào)接收部13和輸出部14。所述實(shí)施例中的探針20具有裝于受檢者的手指30的構(gòu)造，并包括光發(fā)射器21和光接收器22。
[0028]指令接收部11是設(shè)置在測(cè)量裝置10的外表面上的人機(jī)界面，并被構(gòu)造成能夠接收由用戶輸入的指令，以使測(cè)量裝置10執(zhí)行所需操作。
[0029]控制部12包括:執(zhí)行各種計(jì)算處理的CPU、儲(chǔ)存各種控制程序的ROM、作為工作區(qū)用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并執(zhí)行程序的RAM等，并執(zhí)行測(cè)量裝置10中的各種控制?？刂撇?2可通信地連接到指令接收部U。指令接收部11將與接收到的指令相對(duì)應(yīng)的信號(hào)提供給控制部12。
[0030]探針20的光發(fā)射器21可通信地連接到測(cè)量裝置10的控制部12。光發(fā)射器21可以發(fā)射具有第一波長(zhǎng)λ I的第一光束、具有第二波長(zhǎng)λ 2的第二光束、具有第三波長(zhǎng)λ 3的第三光束和具有第四波長(zhǎng)λ 4的第四光束。
[0031]在所述實(shí)施例中，光發(fā)射器21包括:發(fā)射作為第一波長(zhǎng)λ I的實(shí)例的660nm的紅色光束的發(fā)光二極管、發(fā)射作為第二波長(zhǎng)λ 2的實(shí)例的940nm的紅外光束的另一個(gè)發(fā)光二極管、發(fā)射作為第三波長(zhǎng)λ 3的實(shí)例的SlOnm的紅外光束的又一個(gè)發(fā)光二極管，以及發(fā)射作為第四波長(zhǎng)λ 4的實(shí)例的620nm或635nm的紅色光束的還又一個(gè)發(fā)光二極管。根據(jù)從控制部12提供的控制信號(hào)，每個(gè)發(fā)光二極管以預(yù)定的定時(shí)發(fā)射光束。發(fā)射出的第一、第二、第三和第四光束進(jìn)入作為活組織的實(shí)例的手指30。
[0032]探針20的光接收器22被放置在能夠接收到已經(jīng)穿過手指30的第一、第二、第三和第四光束的位置處。光接收器22被構(gòu)造成能夠輸出:與接收到的第一光束的強(qiáng)度Il相對(duì)應(yīng)的第一信號(hào)S1、與接收到的第二光束的強(qiáng)度12相對(duì)應(yīng)的第二信號(hào)S2、與接收到的第三光束的強(qiáng)度13相對(duì)應(yīng)的第三信號(hào)S3和與接收到的第四光束的強(qiáng)度14相對(duì)應(yīng)的第四信號(hào)S4。
[0033]在所述實(shí)施例中，使用光電二極管作為具有這樣的構(gòu)造的裝置。光接收器22可通信地連接到測(cè)量裝置10的信號(hào)接收部13。從光接收器22輸出的信號(hào)S1、S2、S3、S4被提供給信號(hào)接收部13。
[0034]信號(hào)接收部13可通信地連接到控制部12。信號(hào)接收部13將接收到的信號(hào)S1、S2、S3、S4提供給控制部12。控制部12包括:第一計(jì)算部41、第二計(jì)算部42、第三計(jì)算部43和監(jiān)測(cè)部44。
[0035]第一計(jì)算部41被構(gòu)造成:根據(jù)第一信號(hào)SI獲取第一光束的光衰減Al，根據(jù)第二信號(hào)S2獲取第二光束的光衰減A2，根據(jù)第三信號(hào)S3獲取第三光束的光衰減A3，以及根據(jù)第四信號(hào)S4獲取第四光束的光衰減A4。每個(gè)光衰減Al、A2、A3、A4被計(jì)算為在某一時(shí)間(例如，在活組織的加壓期間)接收到的第一、第二、第三或第四信號(hào)S1、S2、S3或S4的光量與在另一時(shí)間(例如，在活組織的加壓之前)接收到的所述信號(hào)的光量之比，并通過任一下列表達(dá)式來表示:
[0036]Al = log(Il/1l) (I)
[0037]A2 = log(I2/12) (2)
[0038]A3 = log (I3/13) (3)
[0039]A4 = log (I4/14) (4)
[0040]其中1l、12、13和14表示在基準(zhǔn)時(shí)間(例如，在活組織的加壓之前)時(shí)接收到的光的量，并且11、12、13和14表示在測(cè)量時(shí)接收到的光的量。后綴“I”表示第一光束，后綴“2”表示第二光束，后綴“3”表示第三光束，后綴“4”表示第四光束。
[0041]第二計(jì)算部42被構(gòu)造成:根據(jù)由第一計(jì)算部41獲取的第一和第二光束的光衰減Al、A2、第二和第三光束的光衰減A2、A3以及第二和第四光束的光衰減A2、A4，來獲取血液來源的光衰減。具體來說，所述第二計(jì)算部被構(gòu)造成:根據(jù)光衰減Al與光衰減A2之差獲取血液來源的光衰減Ab21，根據(jù)光衰減A2與光衰減A3之差獲取血液來源的光衰減Ab23，并根據(jù)光衰減A2與光衰減A4之差獲取血液來源的光衰減Ab24。所述處理的原理將在下面詳細(xì)描述。
[0042]當(dāng)壓迫手指30以改變活組織的厚度時(shí)產(chǎn)生的光衰減的變化A由下述變化所引起:血液的厚度變化，以及除了血液之外的組織(在后文中，這樣的組織被稱為非血液組織)的厚度變化。這一事實(shí)由下列表達(dá)式來表示:
[0043]Al = Ab I+At I = ElHbDb+ZlDt (5)
[0044]A2 = Ab2+At2 = E2HbDb+Z2Dt (6)
[0045]A3 = Ab3+At3 = E3HbDb+Z3Dt (7)
[0046]A4 = Ab4+At4 = E4HbDb+Z4Dt (8)
[0047]其中E表示吸收系數(shù)(Cllg4Cnr1)，Hb表示血紅蛋白濃度(g dr1)，Z表示非血液組織的光衰減率(cnT1)，D表示厚度(cm)。后綴“b”表示血液，后綴“t”表示非血液組織，后綴“I”表示第一光束，后綴“2”表示第二光束，后綴“3”表示第三光束，后綴“4”表示第四光束。
[0048]非血液組織的波長(zhǎng)依賴性可以被忽略。因此，可以視為Zl = Z2 = Z3 = Z4。當(dāng)從表達(dá)式(6)減去表達(dá)式(5)，從表達(dá)式(6)減去表達(dá)式(7)，從表達(dá)式(6)減去表達(dá)式(8)時(shí)，獲得下列表達(dá)式:
[0049]Ab21 = A2-A1 = (E2-El)HbDb (9)
[0050]Ab23 = A2-A3 = (E2-E3) HbDb (10)
[0051]Ab24 = A2-A4 = (E2-E4) HbDb (11).
[0052]右側(cè)只含有血液的信息。因此，當(dāng)獲得光衰減A2與光衰減Al之差、光衰減A2與光衰減A3之差和光衰減A2與光衰減A4之差時(shí)，可以獲得血液來源的光衰減Ab21、Ab23和Ab24。
[0053]接下來，用表達(dá)式(9)除以表達(dá)式(10)并用表達(dá)式(9)除以表達(dá)式(11)，將Hb和Db項(xiàng)消除，得到下列表達(dá)式:
[0054]Ab21/Ab23 = (A2-A1)/(A2-A3) = (E2-E1)/(E2-E3) (12)
[0055]Ab21/Ab24 = (A2-A1)/(A2-A4) = (E2-E1)/(E2-E4) (13)。
[0056]在表達(dá)式(12)和(13)中，(E2-E1)、(E2-E3)和(E2-E4)是氧合血紅蛋白濃度02Hb(% )、還原血紅蛋白濃度RHb (% )和一氧化碳血紅蛋白濃度COHb (% )的函數(shù)。吸收系數(shù)E1、E2、E3和E4由下列表達(dá)式表示:
[0057]El = Eol.02Hb+Erl.RHb+Ecl.COHb (14)
[0058]E2 = Εο2.02Hb+Er2.RHb+Ec2.COHb (15)
[0059]E3 = Eo3.02Hb+Er3-RHb+Ec3.COHb (16)
[0060]E4 = Eo4.02Hb+Er4.RHb+Ec4_C0Hb (16)
[0061]02Hb+RHb+C0Hb = I(17)
[0062]其中Eo表示氧合血紅蛋白的吸收系數(shù)，Er表示還原血紅蛋白的吸收系數(shù)，Ec表示一氧化碳血紅蛋白的吸收系數(shù)。后綴“I”表示第一光束，后綴“2”表示第二光束，后綴“3”表示第三光束，后綴“4”表示第四光束。
[0063]在下文中，將參考圖2來描述獲取光衰減之差的意義。圖2示出了顯示在通過探針20壓迫手指30的情況下，光衰減Al、光衰減A2和血液來源的光衰減Ab21 ( = A2-A1)的時(shí)間變化的圖。
[0064]可以看到，即使在加壓被釋放時(shí)，光衰減Al、A2的值也不返回到在加壓開始之前達(dá)到的水平，并且非血液組織的變形產(chǎn)生影響。還可以看到，在加壓釋放后，光衰減之差(A2-A1)、即血液來源的光衰減Ab21會(huì)收斂到在加壓開始之前達(dá)到的水平。也就是說，由非血液組織的變形造成的影響可以通過簡(jiǎn)單的計(jì)算處理來消除，在所述計(jì)算處理中，計(jì)算通過用不同波長(zhǎng)的光束照射組織所獲得的光衰減之差。
[0065]如上所述，非血液組織的波長(zhǎng)依賴性能夠被忽略。然而，不能達(dá)到精確的相等。圖3示出了無血液的雞里脊肉和水的光學(xué)吸收光譜。在600至1，10nm的范圍內(nèi)，雞里脊肉的吸收基本上恒定，但是短波長(zhǎng)光的光衰減大于長(zhǎng)波長(zhǎng)光的光衰減。因此，在上述的減法中，對(duì)在非血液組織的光衰減之差較小的波長(zhǎng)處獲取的光衰減執(zhí)行減法的情況下，可以進(jìn)一步降低非血液組織的影響，并因此可以正確計(jì)算血液中物質(zhì)的濃度。例如，在通過使用810nm和940nm處的值執(zhí)行減法的情況下,與通過使用660nm和940nm處的值執(zhí)行減法的情況相t匕，能夠進(jìn)一步降低非血液組織的影響。
[0066]如上所述，盡管根據(jù)波長(zhǎng)在非血液組織的光衰減中存在小的差異，但組織的影響可以被嚴(yán)格消除。在非血液組織在所述波長(zhǎng)處的光衰減率具有Z2 = k2Zl、Z3 = k3Zl和TA=k4Zl的關(guān)系的情況下，當(dāng)在如下所示乘以常數(shù)k之后執(zhí)行減法時(shí):
[0067]Al = Ab I+At I = ElHbDb+ZlDt(18)
[0068]k2A2 = k2Ab2+k2At2 = k2E2HbDb+k2Z2Dt (19)
[0069]k3A3 = k3Ab3+k3At3 = k3E3HbDb+k3Z3Dt (20)
[0070]k4A4 = k4Ab4+k4At4 = k4E4HbDb+k4Z4Dt (21),
[0071]非血液組織的光衰減項(xiàng)被完全消去，并因此能夠進(jìn)行無誤差和更精確的測(cè)量。系數(shù)k2、k3和k4能夠事先通過例如圖3的測(cè)量來測(cè)定。
[0072]圖4A至4C示出了在血液中存在三種血紅蛋白或02Hb、RHb和COHb的情況下，上面的(E2-E1)、(E2-E3)和(E2-E4)與02Hb濃度、RHb濃度和COHb濃度之間的關(guān)系。由于(E2-E1)、(E2-E3)和(E2-E4)是02Hb、RHb和COHb濃度的函數(shù)，因此作為測(cè)量值的表達(dá)式
(12)和(13)的左側(cè)是02Hb、RHb和COHb濃度的函數(shù)。盡管在圖中沒有直接描述RHb濃度，但RHb濃度具有通過從100%減去02Hb與COHb濃度之和而獲得的值。
[0073]從上面可以看出，當(dāng)通過使用具有至少4種波長(zhǎng)的光束來測(cè)量血液來源的光衰減Ab21、Ab23和Ab24時(shí)，能夠通過表達(dá)式(12)至(17)來定量鑒定血液中02Hb、RHb和COHb的濃度。第三計(jì)算部43被構(gòu)造成根據(jù)該原理來鑒定02Hb、RHb和COHb濃度。此外，在使用MetHb代替COHb的情況下，也能夠進(jìn)行類似的計(jì)算。
[0074]控制部12將指示由第三計(jì)算部43所執(zhí)行的判定結(jié)果的信號(hào)S5提供給輸出部14。輸出部14是設(shè)置在測(cè)量裝置10的外表面上的人機(jī)界面，并包括顯示可視信息的顯示裝置。顯示裝置以恰當(dāng)?shù)姆绞斤@示與信號(hào)S5相對(duì)應(yīng)的判定結(jié)果。
[0075]因此，根據(jù)所述實(shí)施例的構(gòu)造，僅僅通過將用于脈搏血氧儀的探針20裝于受檢者的手指30即可鑒定血液中物質(zhì)的濃度，在所述脈搏血氧儀中通過使用4種以上的波長(zhǎng)來進(jìn)行測(cè)量。例如，在急救的情形中，通過使用多波長(zhǎng)脈搏血氧儀可以簡(jiǎn)單快速地鑒定血液中物質(zhì)的濃度，而不需準(zhǔn)備特殊探針并進(jìn)行特殊工作。這可以有助于優(yōu)先性的快速確定。
[0076]當(dāng)使用5種波長(zhǎng)時(shí)，可以獲得4種血紅蛋白濃度。例如，可以同時(shí)獲得02Hb濃度、RHb濃度、COHb濃度和MetHb濃度。在第四波長(zhǎng)λ 4為620nm和635nm中的一個(gè)的情況下，第五波長(zhǎng)λ5的實(shí)例是所述頻率中的另一個(gè)。
[0077]根據(jù)所述實(shí)施例的構(gòu)造，僅僅通過將用于脈搏血氧儀的探針20裝于受檢者的手指30即可鑒定血液中物質(zhì)的濃度，在所述脈搏血氧儀中通過使用5種以上的波長(zhǎng)來進(jìn)行測(cè)量。例如，通過將多波長(zhǎng)脈搏血氧儀裝于患者，即使從處于昏迷狀態(tài)并且循環(huán)受損的患者，也可以獲取與血液中物質(zhì)的濃度相關(guān)的信息，而不需準(zhǔn)備特殊探針并進(jìn)行特殊工作。
[0078]根據(jù)所述實(shí)施例，可以進(jìn)行染料稀釋法。該染料稀釋法是在將染料給藥到血液之后測(cè)量血液染料濃度并評(píng)估循環(huán)功能或肝功能的方法。作為染料，使用例如吲哚花青綠。
[0079]監(jiān)測(cè)部44被構(gòu)造成執(zhí)行監(jiān)測(cè)處理。在監(jiān)測(cè)處理中，使第三計(jì)算部43以預(yù)定的定時(shí)執(zhí)行鑒定各種血紅蛋白的操作。具體來說，當(dāng)識(shí)別到手指30被壓迫時(shí)，處理開始，并且在每次預(yù)定時(shí)間段經(jīng)過時(shí)，使第三計(jì)算部43鑒定各種血紅蛋白的濃度。
[0080]根據(jù)所述構(gòu)造，可以連續(xù)地監(jiān)測(cè)受檢者的外周循環(huán)狀況。這有助于檢查使用吸氧的治療對(duì)具有例如一氧化碳中毒的患者的效果。這將參考圖5進(jìn)行描述。
[0081]如圖5的(a)中所示，探針20所裝于的手指30包括動(dòng)脈血Ba、靜脈血Bv和非血液組織Ts。當(dāng)處于這種狀態(tài)下的手指30被壓迫時(shí)，如圖5的(b)中所示，非血液組織Ts被壓縮，并且動(dòng)脈血Ba和靜脈血Bv被消除。當(dāng)壓迫被釋放時(shí)，如圖5的(c)中所示，動(dòng)脈血Ba首先開始流入，并且非血液組織Ts的厚度開始返回到原始值。然后，如圖5的(d)中所示，靜脈血Bv開始流入。在圖5中，(e)示出了動(dòng)脈血Ba、靜脈血Bv和非血液組織Ts的厚度恢復(fù)到在加壓開始之前所達(dá)到的狀態(tài)的情形。
[0082]在壓迫被釋放后，當(dāng)手指30的厚度返回到原始值時(shí)，光衰減變大。光衰減的變化包含分別由動(dòng)脈血Ba、靜脈血Bv和非血液組織Ts的厚度變化所貢獻(xiàn)的分量。在上述技術(shù)中，可以在消除由非血液組織Ts的變化所造成的影響的同時(shí)鑒定血液中物質(zhì)的濃度。在圖5的(C)中所示的時(shí)間點(diǎn)，動(dòng)脈血Ba主要流入非血液組織Ts。當(dāng)如圖5的(d)和(e)中所示靜脈血Bv流入時(shí)，由靜脈血Bv所貢獻(xiàn)的分量在光衰減中變得更大。然而，對(duì)于異常血紅蛋白的濃度、給藥于血液的染料的濃度等來說，在動(dòng)脈血Ba與靜脈血Bv之間不存在差異。
[0083]根據(jù)所述實(shí)施例的構(gòu)造，可以鑒定在任意時(shí)間點(diǎn)血液中物質(zhì)的濃度值。例如，將在圖5的(a)中所示的時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的接收到的光的量設(shè)定為基準(zhǔn)值(表達(dá)式⑴至⑷中的1U 12、13和14)，并將在圖5的(b)中所示的時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的接收到的光的量視為具有表達(dá)式中的11、12、13和14。然后，可以測(cè)量通過加壓消除的血液的血液中物質(zhì)的濃度。在圖5的(b)中所示的時(shí)間點(diǎn)所測(cè)量的接收到的光量設(shè)定為基準(zhǔn)值的同時(shí)，從在隨后的任意時(shí)間點(diǎn)所獲取的測(cè)量值計(jì)算的光衰減的變化可以被視為基本上僅由血液厚度的變化引起。因此，可以連續(xù)地進(jìn)行血液中物質(zhì)的濃度的更精確的監(jiān)測(cè)。
[0084]監(jiān)測(cè)部44獲取由第二計(jì)算部42獲得的血液來源的光衰減Ab21、Ab23、Ab24的微分值，由此進(jìn)行壓迫手指30的確定。當(dāng)光衰減Ab21、Ab23、Ab24由于手指30的加壓而快速升高時(shí)，所述微分值大幅改變。當(dāng)血液從施加壓力的地方被排除時(shí)，光衰減Ab21、Ab23、Ab24具有在最大值附近的基本恒定的值，因此微分值在零左右漂移。當(dāng)檢測(cè)到最初的微分值大的變化時(shí)，識(shí)別到活組織受到壓迫，并且在當(dāng)微分值隨后開始在零附近漂移時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，確定血液被消除。這被用作測(cè)量開始的觸發(fā)。
[0085]因此，當(dāng)進(jìn)行將用于使用4種以上波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量的脈搏血氧儀的探針20裝于受檢者的手指30并通過探針20A壓迫手指30的簡(jiǎn)單工作時(shí)，醫(yī)療人員可以測(cè)量在壓迫的時(shí)間點(diǎn)處指尖的血液中物質(zhì)的濃度，此外還可以監(jiān)測(cè)隨后的時(shí)間變化。當(dāng)在對(duì)血液中物質(zhì)的濃度與類似地可以通過探針20獲取的動(dòng)脈氧飽和度(Sp02)進(jìn)行比較的同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可以了解具有例如一氧化碳中毒的患者的外周循環(huán)狀況的變化。
[0086]進(jìn)行所述實(shí)施例的上述描述是為了便于理解本發(fā)明，并且不旨在限制本發(fā)明。當(dāng)然，在不背離本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以被改變或改進(jìn)，并且包括其等同物。
[0087]并不總是需要將光接收器22置于可以接收到已穿過手指30的光束的位置處。可替選地，可以使用將光接收器置于可以接收到已從手指30反射的光束的位置處的構(gòu)造，并且根據(jù)不同波長(zhǎng)的光束的反射強(qiáng)度來獲取光衰減。
[0088]探針20所裝于的活組織不限于手指30。可以選擇任何種類的活組織作為對(duì)象，只要可以進(jìn)行所需測(cè)量即可。例如，可以使用耳垂作為對(duì)象。
[0089]如上所述，利用手指30的加壓來獲得接收到的光量的基準(zhǔn)值，因此能夠使血液中物質(zhì)的濃度的隨后測(cè)量繼續(xù)進(jìn)行。然而，當(dāng)在測(cè)量期間失去探針20與活組織的位置關(guān)系時(shí)，除非更新基準(zhǔn)值，否則不能正確進(jìn)行測(cè)量。因此，定期進(jìn)行加壓并持續(xù)更新基準(zhǔn)值，由此可以提高測(cè)量的可靠性。因此，監(jiān)測(cè)部44可以被構(gòu)造成:在每個(gè)預(yù)定時(shí)間段經(jīng)過時(shí)，通過輸出部14在視覺或聽覺上通知加壓的定時(shí)。當(dāng)醫(yī)療人員根據(jù)通知壓迫手指30時(shí)，可以確實(shí)執(zhí)行血液中物質(zhì)的濃度鑒定。
[0090]在由壓迫手指30造成的接收到的光量的變化的獲取中，可以將壓迫時(shí)接收到的光的強(qiáng)度與在加壓釋放之后的所述光的強(qiáng)度相互比較，或者可以將在壓迫之前接收到的光的強(qiáng)度與在壓迫時(shí)的所述光的強(qiáng)度相互比較。
[0091]作為本發(fā)明的效果之一，已經(jīng)描述了在將要鑒定血液中物質(zhì)的濃度的情況下不需要準(zhǔn)備特殊探針。這不旨在限制其他設(shè)備的使用?？梢岳孟率鰳?gòu)造，在所述構(gòu)造中，如圖1中的虛線所指示的，將覆蓋探針20的指套50 (加壓部的實(shí)例)裝于受檢者的手指30，并且控制部12還包括控制指套50內(nèi)部的空氣壓力的指套壓力控制部46 (加壓控制部的實(shí)例)。
[0092]指套壓力控制部46首先對(duì)指套50的內(nèi)部加壓，使得指套50可以以預(yù)定的壓力通過探針20壓迫受檢者的手指30。在預(yù)定的時(shí)間段經(jīng)過之后，將指套50的內(nèi)部減壓。根據(jù)所述構(gòu)造，與操作人員或重復(fù)次數(shù)無關(guān)，加壓可以總是在恒定條件下進(jìn)行。因此，可以更正確地鑒定血液中物質(zhì)的濃度。
[0093]如圖6中所示，可以將壓力檢測(cè)部60設(shè)置在探針20中。在這種情況下，壓力檢測(cè)部60檢測(cè)由醫(yī)療人員進(jìn)行的手指30的壓迫，并將與所述壓力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)提供給控制部
12?？刂撇?2被構(gòu)造成計(jì)算與所述信號(hào)相對(duì)應(yīng)的血液中物質(zhì)的濃度。根據(jù)所述構(gòu)造，可以進(jìn)行控制，在所述控制中，可以考慮到由醫(yī)療人員所造成的壓迫程度的差異來進(jìn)行控制。
[0094]鑒定到的血液中物質(zhì)的濃度并不總是需要以數(shù)值形式顯示在輸出部14的顯示裝置上。除了數(shù)值之外或代替數(shù)值，可以將指示血液中物質(zhì)的濃度的顏色或符號(hào)顯示在輸出部14的顯示裝置上?；蛘?，輸出部14可以輸出指示血液中物質(zhì)的濃度的聲音。
[0095]上面描述的第一至第三計(jì)算部41、42、43、監(jiān)測(cè)部44和指套壓力控制部46的功能能夠通過例如電路裝置的硬件的運(yùn)行，例如儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)中或在作為計(jì)算機(jī)的實(shí)例的控制部12中的程序的軟件的運(yùn)行或這些運(yùn)行的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0096]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:光發(fā)射器，其被構(gòu)造成發(fā)射具有N種不同波長(zhǎng)的光束，其中N是4以上的整數(shù)；光接收器，其被構(gòu)造成根據(jù)接收到的所述N種光束的光強(qiáng)度來分別地輸出N種信號(hào)，所述N種光束已穿過受檢者的活組織或從活組織反射；第一計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)所述N種信號(hào)獲取N種光衰減；第二計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減來獲取(N-1)種血液來源的光衰減；第三計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減來鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及輸出部，其被構(gòu)造成輸出所述鑒定到的濃度。
[0097]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種生物信號(hào)測(cè)量裝置，所述裝置包括:信號(hào)接收部，其被構(gòu)造成接收與光束的光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的N種信號(hào)，所述光束已穿過受檢者的活組織或從所述活組織反射并具有N種波長(zhǎng)，其中N是4以上的整數(shù)；第一計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)所述N種信號(hào)來獲取N種光衰減；第二計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減來獲取(N-1)種血液來源的光衰減；第三計(jì)算部，其被構(gòu)造成根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減來鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及輸出部，其被構(gòu)造成輸出所述鑒定到的濃度。
[0098]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種控制生物信號(hào)測(cè)量裝置的方法，所述生物信號(hào)測(cè)量裝置包括信號(hào)接收部，該信號(hào)接收部被構(gòu)造成接收與光束的光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的N種信號(hào)，所述光束已穿過受檢者的活組織或從所述活組織反射并具有N種波長(zhǎng)，其中N是4以上的整數(shù)，所述方法包括:根據(jù)所述N種信號(hào)來獲取N種光衰減；根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減來獲取(N-1)種血液來源的光衰減；根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減來鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及輸出所述鑒定到的濃度。
[0099]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述方法的程序。
[0100]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，其儲(chǔ)存使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述方法的程序。
[0101]當(dāng)通過使用N種頻率來獲取(N-1)種血液來源的光衰減時(shí)，只能提取血液中物質(zhì)的吸收系數(shù)與濃度之間的關(guān)系，并且可以鑒定濃度。為了獲得測(cè)定結(jié)果，操作人員只需進(jìn)行將用于脈搏血氧儀的探針裝于受檢者的活組織的基本工作，在所述脈搏血氧儀中通過使用例如4種以上波長(zhǎng)來進(jìn)行測(cè)量。盡管不需要準(zhǔn)備特殊探針并進(jìn)行特殊工作，但使用多波長(zhǎng)脈搏血氧儀也可以快速鑒定血液中物質(zhì)的濃度。
[0102]每種血液來源的光衰減可以根據(jù)兩種光衰減之差來獲取。可以選擇與用于獲取所述差值的兩種光衰減相對(duì)應(yīng)的兩種波長(zhǎng)，作為N種波長(zhǎng)中非血液組織的光衰減之差較小的波長(zhǎng)。在這種情況下，可以更正確地鑒定血液中物質(zhì)的濃度。
[0103]所述差值可以通過乘以與相應(yīng)波長(zhǎng)中非血液組織的光衰減相對(duì)應(yīng)的系數(shù)來獲得。
[0104]當(dāng)所述系數(shù)被恰當(dāng)?shù)剡x擇時(shí)，可以消除非血液組織的光衰減的波長(zhǎng)依賴性，并且可以更正確地鑒定血液中物質(zhì)的濃度。
[0105]N可以為4，并且血液中物質(zhì)可以是選自氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白、一氧化碳血紅蛋白和高鐵血紅蛋白中的三種。N可以為5，并且血液中物質(zhì)可以是氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白、一氧化碳血紅蛋白和聞鐵血紅蛋白。
[0106]還可以提供一種監(jiān)測(cè)部，其被構(gòu)造成使第三計(jì)算部以預(yù)定的定時(shí)鑒定所述濃度。
[0107]在這種情況下，可以連續(xù)地監(jiān)測(cè)受檢者的外周循環(huán)狀態(tài)。這將有助于了解例如具有一氧化碳中毒的患者的狀況。
[0108]監(jiān)測(cè)部可以通過輸出部通知當(dāng)壓迫所述活組織的定時(shí)。在這種情況下，根據(jù)由所述活組織的壓迫所造成的接收到的光強(qiáng)度的變化來獲取光衰減。
[0109]還可以提供一種壓力檢測(cè)部，其被構(gòu)造成檢測(cè)施加到活組織的壓力，并被構(gòu)造成輸出與所述壓力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
[0110]在這種情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)考慮到由醫(yī)療人員造成的壓迫程度的差異來進(jìn)行的控制。
[0111]為了正確鑒定血液中物質(zhì)的濃度，需要每次壓迫活組織。根據(jù)這種構(gòu)造，操作人員只需根據(jù)通知進(jìn)行加壓，并因此可以確實(shí)地進(jìn)行血液中物質(zhì)的濃度鑒定。
[0112]還可以提供:加壓部，其適合于裝于受檢者以便對(duì)所述活組織加壓；以及加壓控制部，其被構(gòu)造成控制所述加壓部，用于引起活組織的光衰減的改變。
[0113]在這種情況下，與測(cè)量裝置的操作人員或重復(fù)測(cè)量的次數(shù)無關(guān)，可以自動(dòng)進(jìn)行血液中物質(zhì)的濃度的鑒定。
【權(quán)利要求】
1.一種生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，包括: 光發(fā)射器，該光發(fā)射器被構(gòu)造成:發(fā)射具有N種不同波長(zhǎng)的光束，其中N是4以上的整數(shù)； 光接收器，該光接收器被構(gòu)造成:根據(jù)接收到的所述N種光束的光強(qiáng)度來相應(yīng)地輸出N種信號(hào)，所述N種光束已經(jīng)穿過受檢者的活組織或者從該受檢者的活組織反射； 第一計(jì)算部，該第一計(jì)算部被構(gòu)造成:根據(jù)所述N種信號(hào)獲取N種光衰減； 第二計(jì)算部，該第二計(jì)算部被構(gòu)造成:根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減，獲取(N-1)種血液來源的光衰減； 第三計(jì)算部，該第三計(jì)算部被構(gòu)造成:根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減，鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及 輸出部，該輸出部被構(gòu)造成輸出所述鑒定到的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述第二計(jì)算部根據(jù)所述兩種光衰減的差來獲得每種所述血液來源的光衰減。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，其中，從所述N種波長(zhǎng)中選擇與用于獲取所述差的所述兩種光衰減相對(duì)應(yīng)的兩種波長(zhǎng)，作為非血液組織的光衰減的差較小的波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，其中，通過乘以與相應(yīng)波長(zhǎng)中的非血液組織的所述光衰減相對(duì)應(yīng)的系數(shù)，獲得所述差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，其中 所述N為4，并且 所述血液中物質(zhì)是選自氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白、一氧化碳血紅蛋白和高鐵血紅蛋白中的三種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，其中 所述N為5，并且 所述血液中物質(zhì)是氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白、一氧化碳血紅蛋白和高鐵血紅蛋白。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，還包括監(jiān)測(cè)部，該監(jiān)測(cè)部被構(gòu)造成使所述第三計(jì)算部以預(yù)定的定時(shí)鑒定所述濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述監(jiān)測(cè)部通過所述輸出部通知當(dāng)壓迫所述活組織時(shí)的定時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，還包括壓力檢測(cè)部，該壓力檢測(cè)部被構(gòu)造成檢測(cè)施加到所述活組織的壓力，并被構(gòu)造成輸出對(duì)應(yīng)于所述壓力的信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，其中，根據(jù)由所述活組織的壓迫造成的接收到的所述光強(qiáng)度的變化，獲取所述光衰減。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10任一項(xiàng)所述的生物信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，還包括: 加壓部，該加壓部適合于裝于所述受檢者，從而對(duì)所述活組織加壓；以及 加壓控制部，該加壓控制部被構(gòu)造成控制所述加壓部，以引起所述活組織的光衰減的變化。
12.—種生物信號(hào)測(cè)量裝置，包括: 信號(hào)接收部，該信號(hào)接收部被構(gòu)造成:接收與光束的光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的N種信號(hào)；該光束已經(jīng)穿過受檢者的活組織或從該受檢者的活組織反射，并且具有N種波長(zhǎng)，其中N是4以上的整數(shù)； 第一計(jì)算部，該第一計(jì)算部被構(gòu)造成:根據(jù)所述N種信號(hào)來獲取N種光衰減； 第二計(jì)算部，該第二計(jì)算部被構(gòu)造成:根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減，獲取(N-1)種血液來源的光衰減； 第三計(jì)算部，該第三計(jì)算部被構(gòu)造成:根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減，鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及 輸出部，該輸出部被構(gòu)造成輸出所述鑒定到的濃度。
13.—種控制生物信號(hào)測(cè)量裝置的方法，該生物信號(hào)測(cè)量裝置包括信號(hào)接收部，該信號(hào)接收部被構(gòu)造成:接收與光束的光強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的N種信號(hào)，該光束已經(jīng)穿過受檢者的活組織或從所述活組織反射并具有N種波長(zhǎng)，其中N是4以上的整數(shù)，所述方法包括: 根據(jù)所述N種信號(hào)來獲取N種光衰減； 根據(jù)選自所述N種光衰減中的與(N-1)種組合相關(guān)的兩種光衰減，獲取(N-1)種血液來源的光衰減； 根據(jù)所述(N-1)種血液來源的光衰減，鑒定(N-1)種血液中物質(zhì)的濃度；以及 輸出所述鑒定到的濃度。
14.一種程序，該程序使計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求13的方法。
15.—種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì),該介質(zhì)儲(chǔ)存使計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求13的方法的程序。
【文檔編號(hào)】A61B5/1455GK104224192SQ201410247420
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月13日
【發(fā)明者】小林直樹, 平原英昭 申請(qǐng)人:日本光電工業(yè)株式會(huì)社