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    • 专利摘要:
    Hierin wird eine Vorrichtung zum Messen einer Konzentration einer lichtabsorbierenden Substanz im Blut offenbart. Ein Lichtsender emittiert Lichtstrahlen, um lebendes Gewebe zu bestrahlen, wobei jeder Lichtstrahl eine Wellenlänge aufweist, die von Blut absorbiert wird. Eine erste Einrichtung misst erste Intensitäten der Lichtstrahlen, die auf das lebende Gewebe einzustrahlen sind. Eine zweite Einrichtung misst zweite Intensitäten der Lichtstrahlen, die durch das lebende Gewebe laufen. Eine erste Berechnungseinrichtung berechnet ein Abschwächungsvariationsverhältnis, das ein Verhältnis von Abschwächungsvariationen entsprechenden Lichtstrahlen auf Grund einer durch Pulsierung verursachten Variation des Blutvolumens repräsentieren, auf der Grundlage der zweiten Intensitäten der Lichtstrahlen. Eine zweite Berechnungseinrichtung berechnet die Konzentration auf der Grundlage der ersten Intensitäten, der zweiten Intensitäten und des Abschwächungsvariationsverhältnisses.
    公开号:DE102004005086A1
    申请号:DE200410005086
    申请日:2004-02-02
    公开日:2004-08-12
    发明作者:Naoki Kobayashi；Yoshiaki Takamura；Sunao Takeda；Takashi Usuda
    申请人:Nihon Kohden Corp；
    IPC主号:G01N21-27
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betriffteine Verbesserung in einer Vorrichtung zum Messen der Konzentrationeiner lichtabsorbierenden Substanz im Blut, in der die Pulsphotometrieals Funktionsprinzip angewendet ist, etwa in Form einer Messvorrichtung alsein Pulssauerstoffmesser oder als eine Messvorrichtung für eine Kurveeiner Pulsfarbstoffverdünnung.
    [0002] Die Pulsphotometrie geht über einenPulssauerstoffmesser hinaus und wird gegenwärtig als ein Pulsfarbstoffverdünnungsverfahrenangewendet. Dieses Verfahren ist kommerziell verwirklicht in einer Vorrichtung,wobei eine Herzausgangsleistung, das zirkulierende Blutvolumen,die Abnahmegeschwindigkeit von Indocyangrün (ICG) in Blutplasma und dasVerschwinden davon durch Zugabe eines Farbstoffes, der ICG genanntwird, in das Blut und das Bestimmen der Konzentration des ICG inBlut gemessen wird. Dieses Verfahren ist detailliert in den folgendenSchriften beschrieben: Takeahiko lijima et al., Herzausgangsleistungund Blutzirkulationslungenanalyse durch Farbstoff-Dichtemessung;J Clin Monit 1997; 13:81–89;Takasuke Imai, et al., Messung der Herzausgangsleistung durch Pulsfarbstoff-Dichtemessungunter Verwendung von Indocyangrün,Anästhesiologie1997; 87:816–822;und Takasuke Imai et al., Messung der Blutkonzentration des Indocyangrün durchPulsfarbstoff-Dichtemessung – einVergleich mit dem konventionellen spektrophotometrischen Verfahren;J Clin Monit 1998; 14: 477–484.
    [0003] Des weiteren wird das Pulsfarbstoffverdünnungsverfahrenauch fürdie Messung der Konzentration irrregulärer Hämoglobine verwendet, etwa von Karboxyhämoglobinoder Methämoglobin,für die Konzentrationvon Hämoglobinoder den Zuckerspiegel (siehe beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift3-71135B, die dem US-Patent 5,127,406 entspricht, und die japanischePatentoffenlegungsschrift 2002-228579A, die dem US-Patent 6,415,236entspricht).
    [0004] Wenn die Konzentration einer gewissenSubstanz im Blut mittels Anwendung von Lichtstrahlen zweier Wellenlängen gemessenwird, wird fürgewöhnlichbeispielsweise das Verhältnis Φ12 zwischender Änderungder Abschwächungeiner Wellenlängeund der Ände rungder Abschwächungder anderen Wellenlängebestimmt, wobei diese Fluktuationen der Wellenlängen aus der Pulsierung desBlutes herrührt.Die Konzentration der Substanz wird dann auf der Grundlage des Phänomens berechnet, dasseine gewisse konstante Beziehung zwischen Φ12 und der Konzentration derSubstanz besteht (siehe beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift53-26437B). Insbesondere wird die Konzentration der Substanz ausgedrückt als: C = F(Φ12),wobeiC die Konzentration einer Substanz im Blut bezeichnet und F eineFunktion beschreibt, die eine konstante Beziehung repräsentiert.
    [0005] Wenn allgemein „n" Lichtstrahlen mit "n" unterschiedlichenWellenlängenverwendet werden, werden maximal "n–1" Abschwächungsänderungsverhältnisse Φ der entsprechendenWellenlängen benutzt.Wenn beispielsweise Lichtstrahlen drei Wellenlängen aufweisen, wird die Konzentrationeiner Substanz ausgedrücktdurch: C = F (Φ12, Φ13),wobei ein Verhältnis Φ12 zwischender Änderungin der Abschwächungeiner ersten Wellenlängeund die Änderungin der Abschwächungeiner zweiten Wellenlängeund ein Verhältnis Φ13 zwischeneiner Änderungder Abschwächungder ersten Wellenlänge undeine Änderungder Abschwächungeiner dritten Wellenlängebenutzt wird.
    [0006] Im Falle eines Pulssauerstoffmesserswird die Konzentration C einer Substanz im Blut als arterielle BlutsauerstoffsättigungSpO2 (ein Verhältnis der Oxyhhämoglobinkonzentrationenzu den Hämoglobinkonzentrationen,d. h. O2Hb/Hb) ausgedrückt. Im Falle eines Messinstrumentsfür einePulsfarbstoff/Abschwächungskurvewird die Konzentration C einer Substanz im Blut als ein Verhältnis derFarbstoffkonzentrationen Cd zu den Hämoglobinkonzentrationen Hbausgedrückt;d. h. durch ein Verhältnis vonCd/Hb.
    [0007] Jedoch besteht gemäß einesderartigen Messverfahrens eine näherungsweisekonstante Abhängigkeitzwischen der Konzentration einer Substanz und dem Verhältnis derAbschwächungsänderung.Die Beziehung enthältjedoch eine personenbezogne Differenz.
    [0008] Selbst im Falle einer einzelnen Personhängt dieBeziehung von dem Zeitpunkt der Messung oder dem Ort einer Messungab und Variationen führenzu einem Fehler in der Messung. Beispielsweise im Falle eines Pulsoximetersvariiert ein berechneter Wert um ungefähr 1 % als Folge deines Wechselsvon einem Finger zu einem anderen Finger, an welchem die Sonde angebrachtwird, oder ändertsich durch das Anheben/Absenken einer Hand, vorausgesetzt, dassdie tatsächlichearterielle BlutsauerstoffsättigungSpO2 konstant ist. Die nachfolgenden Punkte sindals Hauptursachen fürdie Messfehler anzuführen. (1) Da das Blut eine lichtstreuende Eigenschaft besitzt,variiert eine Abschwächung,die sich aus dem Streuverhalten herleitet, in Abhängigkeitder Dicke des Blutes. (2) Es sind zwei Lichtstrahlen vorhanden; d. h., ein Lichtstrahl,der durch das Blut hindurchgeht und ein weiterer Lichtstrahl, dernicht durch das Blut hindurchgeht.
    [0009] Wenn die Konzentration C einer lichtabsorbierendenSubstanz im Blut durch Anwendung der Pulsphotometrie in der zuvorbeschriebenen Weise bestimmt wird, wurde bislang eine Funktion verwendet,in der lediglich das Abschwächungsvariationsverhältnis Φ als eineVariable benutzt wurde. Daher wurde der Abhängigkeit einer Abschwächung, die sichaus dem Streuverhalten und damit der Dicke des Blutes herleitet,nicht Rechnung getragen (dabei ist nicht die Dicke entsprechendeiner Änderung,sondern die Gesamtdicke des Blutes gemeint). Ferner gibt es einenLichtstrahl, der durch das Blut hindurchgeht, und einen weiterenLichtstrahl, der nicht durch das Blut hindurchgeht (d. h., ein Lichtstrahl,der lediglich durch lebendes Gewebe hindurchläuft, das kein Blut ist). Somitwurde dem Lichtstrahl, der nicht durch das Blut hindurchläuft, bislangkeine Beachtung geschenkt, was wiederum zu einem Fehler führt.
    [0010] Es ist eine Aufgabe der Erfindung,eine Vorrichtung bereitzustellen, die in genauer Weise die Konzentrationeiner lichtabsorbierenden Substanz im Blut mittels Messung auf derGrundlage der Pulsphotometrie durchführen kann.
    [0011] Gemäß der vorliegenden Erfindungwerden, wenn die Konzentration einer lichtabsorbierenden Subtanzim Blut C mittels einer Funktion F berechnet wird, Variablen derFunktion F in Form des Abschwächungsvariationsverhältnisses Φ und inForm von DC (Gleichspannung)-Komponentender AbschwächungenAdc (im Weiteren als die DC-Abschwächungen Adc bezeichnet) inBezug auf die Gesamtdicke des Blutes und die Dicke lebenden Gewebes,das kein Blut ist, verwendet. Dadurch kann die Konzentration C durchdie folgende Funktion F ausgedrücktwerden: C = F (Φ, Adc),wenn hierbei dieMessung mittels Lichtstrahlen mit "n" Wellenlängen ausgeführt wird,werden höchstens "n–1" Φ-Komponentenund "n" Adc-Komponenten verwendet.Wenn beispielsweise eine Messung mittels dreier Wellenlängen durchgeführt wird,wird die Funktion F wie folgt durch Verwendung von DC-AbschwächungenAdc1, Adc2, Adc3 fürdie entsprechenden Wellenlängenausgedrückt. C = F (Φ12, Φ13, Adc1,Adc2, Adc3).
    [0012] Die DC-Abschwächung Adc wird in folgender Weisedurch die Intensitäteinfallenden Lichts li und durch die Intensität eines durchgelassenen Lichtslt ausgedrückt. Adc = log (li/lt) = log li – log lt.
    [0013] Hierbei bezeichnet lt die Intensität des Lichts, dasdurch lebendes Gewebe hindurchgeht und das in konsekutiver Weisegemessen werden kann. Demgegenübermuss die Intensitätdes einfallenden Lichts li im vorhinein mittels Messung festgestellt werden.Ein Verfahren zum Feststellen von li ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift5-212016A beschrieben, die auch dem US-Patent 5,385,143 entspricht.Gemäß diesemVerfahren wird eine Phantomprobe (d. h. ein Probenelement, das einenlebenden Körpernachbildet) mit einer bekannten Lichtabsorptionseigenschaft voneiner Sonde umschlossen, und es wird die Intensität des durchdie Phantomprobe hindurchlaufenden Lichts gemessen, wodurch die Intensität des einfallendenLichts bestimmt ist.
    [0014] Bei Wellenlängen von 660 nm, 805 nm und 940nm absorbiert HämoglobinLicht, währendWasser im Wesentlichen hierbei kein Licht absorbiert. Wenn daherein lebendes Gewebe in Lichtstrahlen mit diesen Wellenlängen eingebrachtwird, sind die DC-Abschwächungenim Wesentlichen auf die Menge des Blutes zurückzuführen, das durch eine zu messendeStelle strömt.Bei einer Wellenlängevon 1300 nm wird lediglich eine kleine Menge an Licht durch Hämoglobinund ein großerAnteil des Lichts durch Wasser absorbiert. Die DC-Abschwächungen hängen imWesentlichen von der Dicke eines lebenden Gewebes ab (d. h. derGröße des Wasseranteils).Daher kann die Genauigkeit der Messung der Konzentration einer lichtabsorbierendenSubstanz im Blut verbessert werden, indem die DC-Abschwächungen bei diesen Wellenlängen gemessen,Ergebnisse dieser Messungen als Variablen in Formeln eingesetztund Fehler, die den Fehlerursachen (1) und (2)zugeordnet werden können,korrigiert werden.
    [0015] Ferner wird erfindungsgemäß angesichtsder Tatsache, dass eine konstante Abhängigkeit zwischen den DC-Abschwächungenund transmittierten DC-Lichtintensitäten (DC-Komponenten der durchgelassenen Lichtintensitäten) besteht,die Konzentration einer lichtabsorbierenden Subtanz im Blut durchdie folgende Gleichung ausgedrückt,wobei die Funktion F1 unter Anwendung von Variablen wie Φ und DCunter Berücksichtigungder transmittierten DC-Lichtintensitäten verwendet wird. C = F1 (Φ,DC)
    [0016] Wenn hierbei die Messung mittelsAnwendung von „n" Lichtstrahlen mit "n" Wellenlängen ausgeführt wird, werden höchstens "n–1" fürdie Φ-Komponentenund "n" für die DC-Komponenten verwendet.Wenn beispielsweise eine Messung durch Anwendung dreier Wellenlängen durchgeführt wird,wird die Funktion F1 in der folgenden Weise durch Anwenden von durchgelassenenDC-Lichtintensitäten DC1,DC2, DC3 fürdie entsprechenden Wellenlängenausgedrückt. C = F1 (Φ12, Φ13, DC1,DC2, DC3)
    [0017] Wie zuvor dargelegt ist, kann dieGenauigkeit der Konzentrationsmessung einer lichtabsorbierendenSubstanz im Blut in ähnlicherWeise verbessert werden, selbst wenn die Funkti on verwendet wird,in der das Abschwächungsvariationsverhältnis Φ und dietransmittierten DC-LichtintensitätenDC als Variablen verwendet werden.
    [0018] Insbesondere wird zur Lösung derobigen Aufgabe erfindungsgemäß eine Vorrichtungbereitgestellt, um eine Konzentration einer lichtabsorbierendenSubstanz in Blut zu messen, wobei die Vorrichtung umfasst: einenLichtsender, der Lichtstrahlen aussendet, um lebendes Gewebe zubestrahlen, wobei jeder der Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge verknüpft ist,die von Blut absorbiert wird; eine erste Einrichtung, die ersteIntensitätender Lichtstrahlen misst, die auf das lebende Gewebe einzustrahlensind; eine zweite Einrichtung, die zweite Intensitäten der Lichtstrahlenmisst, die das lebende Gewebe durchlaufen; eine erste Berechnungseinheit,die ein Abschwächungsvariationsverhältnis, dasein Verhältnisder Abschwächungvon Variationen entsprechender Lichtstrahlen auf Grund der durchPulsierung verursachten Variation des Blutvolumens repräsentiert, aufder Grundlage der zweiten Intensitäten der Lichtstrahlen berechnet;und eine zweite Berechnungseinrichtung, die die Konzentrationauf der Grundlage der ersten Intensitäten, der zweiten Intensitäten unddes Abschwächungsvariationsverhältnissesberechnet.
    [0019] Vorzugsweise berechnet die zweiteBerechnungseinrichtung DC-Komponenten der Abschwächungen der Lichtstrahlen aufder Grundlage der ersten Intensitäten und der zweiten Intensitäten. Die zweiteBerechnungseinrichtung ermittelt die Konzentration auf der Grundlageder DC-Komponenten und des Abschwächungsvariationsverhältnisses.
    [0020] Hierbei ist es ferner vorteilhaft,dass die zweite Berechnungseinheit ein DC-Abschwächungsverhältnis berechnet, das ein Verhältnis derDC-Komponenten darstellt. Die zweite Berechnungseinrichtung ermitteltdie Konzentration auf der Grundlage des DC-Abschwächungsverhältnisses und des Abschwächungsvariationsverhältnisses.
    [0021] Alternativ ist es vorteilhaft, dassdie zweite Berechnungseinrichtung DC-Komponenten der Intensitäten derLichtstrahlen, die das lebende Gewebe durchlaufen, auf der Grundlageder ersten Intensitätenund der zweiten Intensitätenberechnet. Die zweite Berechnungseinrichtung ermittelt die Konzentrationauf der Grundlage der DC-Komponenten und des Abschwächungsvariationsverhältnisses.
    [0022] Ferner ist es vorteilhaft, dass diezweite Berechnungseinrichtung ein DC-Transmissionsverhältnis berechnet, das ein Verhältnis derDC-Komponenten repräsentiert.Die zweite Berechnungseinrichtung ermittelt die Konzentration aufder Grundlage des DC-Transmissionsverhältnissesund des Abschwächungsvariationsverhältnisses.
    [0023] Vorzugsweise umfasst der Lichtsenderlichtemittierende Elemente und eine Steuerung, die einen Wert einesStromes oder einer Spannung steuert, die den lichtemittierendenElementen zugeführt werden.Die zweite Berechnungseinrichtung korrigiert die ersten Intensitäten in Übereinstimmungmit dem Wert fürden Strom oder Spannung.
    [0024] Vorzugsweise misst die zweite Einrichtung dritteIntensitätender Lichtstrahlen, die durch eine Phantomprobe hindurchlaufen, diezwischen dem Lichtsender und der zweiten Einrichtung angeordnet ist.Die erste Einrichtung ermittelt die ersten Intensitäten aufder Grundlage der dritten Intensitäten.
    [0025] Des weiteren ist es vorteilhaft,dass die erste Einrichtung einen Sensor umfasst, der erkennt, ob diePhantomprobe zwischen dem Lichtsender und der zweiten Einrichtungangeordnet ist. Die erste Einrichtung beginnt die Berechnung zurErmittlung der ersten Intensitäten,wenn der Sensor erkennt, dass die Phantomprobe zwischen dem Lichtsenderund der zweiten Einrichtung angeordnet ist.
    [0026] Erfindungsgemäß wird ferner eine Vorrichtungzum Messen einer Konzentration einer lichtabsorbierenden Substanzin Blut bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst: einenLichtsender, der n Arten von Lichtstrahlen aussendet, um lebendesGewebe zu bestrahlen, wobei jeder der Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge verknüpft ist,die von Blut absorbiert wird; eine erste Einrichtung, die nArten einer ersten Intensitätender Lichtstrahlen misst, die auf das lebende Gewebe auftreffen; einezweite Einrichtung, die n Arten einer zweite Intensitäten derLichtstrahlen misst, die durch das lebende Gewebe hindurchlaufen; eineerste Berechnungseinrichtung, die höchstens (n–1) Abschwächungsvariationsverhältnisse,wobei dieses ein Verhältnisvon Abschwächungsvariationen bzw.Fluktuationen der entsprechenden Lichtstrahlen auf Grund einer derdurch Pulsierung verursachten Variation des Blutvolumens darstellt,auf der Grundlage der zweiten Intensitäten der Lichtstrahlen berechnet;und eine zweite Berechnungseinrichtung, die höchstens nArten von DC-Komponenten von Abschwächungen der Lichtstrahlen aufder Grundlage der ersten Intensitäten und der zweiten Intensitäten berechnetund die Konzentration auf der Grundlage der DC-Komponenten und desAbschwächungsvariationsverhältnissesermittelt, wobei (n) eine Ganzzahl ist, die gleich drei odergrößer ist.
    [0027] Erfindungsgemäß wird ferner eine Vorrichtungzum Messen einer Konzentration einer lichtabsorbierenden Substanzim Blut bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst: einenLichtsender, der (n) Lichtstrahlen aussendet, um lebendes Gewebezu bestrahlen, wobei jeder der Lichtstrahlen eine Wellenlänge aufweist,die von Blut absorbiert wird, eine erste Einrichtung, die (n)erste Intensitätender Lichtstrahlen misst, die auf das lebende Gewebe einzustrahlensind; eine zweite Einrichtung, die (n) zweite Intensitäten derLichtstrahlen misst, die durch das lebende Gewebe hindurchlaufen; eineerste Berechnungseinrichtung, die höchstens (n–1) Abschwächungsvariationsverhältnisse,die jeweils ein Verhältnisvon Abschwächungsvariationen derentsprechenden Licht strahlen auf Grund einer der durch Pulsierungverursachten Variation des Blutvolumens repräsentieren, auf der Grundlageder zweiten Intensitätender Lichtstrahlen berechnet; und eine zweite Berechnungseinrichtung,die höchstens (n)DC-Komponenten von Intensitätender Lichtstrahlen, die durch das lebende Gewebe laufen, auf der Grundlageder ersten Intensitätenund der zweiten Intensitätenberechnet und die Konzentration auf der Grundlage der DC-Komponentenund des Abschwächungsvariationsverhältnissesermittelt, wobei (n) eine Ganzzahl größer oder gleich drei ist.
    [0028] Bei den oben genannten Vorrichtungenist es vorteilhaft, dass der Lichtsender einen Lichtstrahl mit einerWellenlängeaussendet, die von lebendem Gewebe, das kein Blut ist, absorbiertwird.
    [0029] Entsprechend den obigen Ausführungsformenkann die Konzentration einer lichtabsorbierenden Substanz im Blutin genauer Weise auf der Grundlage des Prinzips der Pulsphotometriegemessen werden.
    [0030] Die zuvor genannten Aufgabe und Vorteile dervorliegenden Erfindung werden durch die detaillierte Beschreibungbevorzugter beispielhafter Ausführungsformenin Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher, wobei:
    [0031] 1 einFlussdiagramm zum Erläuterndes Prozessablaufes einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsformder Erfindung zeigt;
    [0032] 2 eineBlockansicht der Vorrichtung der ersten Ausführungsform ist;
    [0033] 3a und 3b schematische Ansichtenzum Erläuterneiner Abhängigkeitzwischen der Intensität einfallendenLichts und der Intensitätdurchgelassenen Lichts sind, die erhalten wird, wenn lebendes Gewebeder Einwirkung von Licht ausgesetzt wird;
    [0034] 4a bis 4c Ansichten zum Erläutern sind, wieDC-Komponenten von Intensitätendurchgelassenen Lichts ermittelt wird;
    [0035] 5a und 5b Ansichten sind zum Erläutern dervorteilhaften Wirkung, die durch die Vorrichtung der ersten Ausführungsformerreicht wird;
    [0036] 6 eineBlockansicht einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ist;
    [0037] 7 einFlussdiagramm zum Erläuterneines Prozessablaufes fürdie Vorrichtung der zweiten Ausführungsformist;
    [0038] 8a und 8b Ansichten zum Erläutern der vorteilhaftenWirkung sind, die durch die Vorrichtung der zweiten Ausführungsformerreicht wird;
    [0039] 9 einFlussdiagramm zum Erläuterneines Prozessablaufes einer Vorrichtung der dritten Ausführungsformist; und
    [0040] 10a und 10b Ansichten sind, um dievorteilhaften Wirkungen zu erläutern,die durch die Vorrichtung der dritten Ausführungsform erreicht werden;
    [0041] 11 eineschematische Ansicht eines ersten modifizierten Beispiels der Vorrichtungder ersten Ausführungsformist; und
    [0042] 12 eineschematische Ansicht eines zweiten modifizierten Beispiels der Vorrichtungder ersten Ausführungsformist.
    [0043] Es wird nunmehr eine erste Ausführungsformder Erfindung beschrieben. Die erste Ausführungsform betrifft eine Vorrichtungzur Bestimmung einer Hämoglobinkonzentration.
    [0044] 2 isteine Blockansicht, die den Gesamtaufbau der Vorrichtung der Ausführungsform darstellt.Ein Lichtsender 1 umfasst: LED's 2, 3 zum Erzeugenvon Lichtstrahlen mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen; undeine Ansteuerschaltung 4 zum Ansteuern der LED's 2, 3.Die Wellenlängeeines Lichtstrahls, der von der LED 2 stammt, wird alseine erste Wellenlängebezeichnet, und die Wellenlänge einesLichtstrahls, der von der LED stammt, wird als eine zweite Wellenlänge bezeichnet.In dieser Vorrichtung beträgtdie erste Wellenlänge1300 nm und die zweite Wellenlänge805 nm.
    [0045] Ein Lichtempfänger 5 umfasst: einePhotodiode 6, die gegenüberden LED's 2, 3 angeordnetist; einen Strom/Spannungs-Wandler 7 zum Umwandeln eineselektrischen Stromes, der von der Photodiode 6 ausgegebenwird, in ein Spannungssignal; und einen Verstärker 8.
    [0046] Ein Multiplexer 9 ist eineSchaltung zum Zuführeneines Signals, das von dem Verstärker 8 geliefertwird, abwechselnd zu einem Filter 10 und einem Filter 11.Die Filter 10, 11 sind Schaltungen zur Reduzierungdes Rauschens aus Signalen, die den Intensitäten der durchgelassenen Lichtstrahlenmit der entsprechenden Wellenlängeentsprechen. Die Zeitabläufeder Ausgangssignale werden von einem Multiplexer 12 gesteuert,und die Signale werden dann einem A/D-Wandler 13 zugeführt. DerA/D-Wandler 13 ist eine Schaltung, um das von dem Multiplexer 12 ausgegebeneSignal in ein digitales Signal umzuwandeln.
    [0047] Eine CPU 14 stellt eineSchaltung dar, um die Ansteuerschaltung 4, den Multiplexer 9 undden Multiplexer 12 zu steuern und um auf der Grundlage vondem A/D-Wandler 13 ausgegebenen Signals eine Funktion auszuführen.
    [0048] Ein Speicher 15 speichertein Programm, das in der CPU 14 abläuft, und speichert Daten, die vonder CPU 14 ausgegeben werden.
    [0049] Eine Anzeige 16 stellt dievon der CPU 14 ausgegebenen Daten dar und eine Steuertafel 17 ist mehrerenSchaltern (einschließlicheines Kalibrationsschalters und eines Messschalters, die später beschriebenwerden) und mehreren Tasten ausgestattet und gibt an die CPU 14 einder Eingabe eines Bedieners entsprechendes Signal aus.
    [0050] Eine Sonde dieser Vorrichtung, diean einem lebenden Körperzu befestigen ist, ist mit den LED's 2, 3 und der Photodiode 6 ausgestattet.Ein lebender Körper(z. B. eine Fingerspitze oder ein Ohrläppchen) 30 wird zwischendie LED's 2, 3 unddie Photodiode 6 eingespannt. Als nächstes wird die Funktion der Vorrichtungmit Bezug 1 beschrieben.
    [0051] Im Schritt 1A wird die Intensität des Lichtes, dasauf den lebenden Körpereingestrahlt wird, gemessen. Insbesondere wird die Intensität des von denLED's 2, 3 derSonde auf den lebenden Körper eingestrahltenLichts bestimmt. In der Ausführungsformwird die Intensitätdes einfallenden Lichtes unter Anwendung einer Phantomprobe 30A,die eine bekannte lichtabsorbierende Charakteristik besitzt, bestimmt.Beispielsweise ist eine milchig weiße Acrylplatte als die Phantomprobe 30A geeignet.
    [0052] Zunächst platziert der Bedienerdie Phantomprobe 30A an einer vorbestimmten Position zwischenden LED's 2, 3 undder Sonde und der Photodiode 6 und instruiert die CPU 14,die Messung der Intensitätdes einfallenden Lichts zu beginnen, indem der Kalibrationsschalterder Steuertafel 17 betätigt wird.Als Folge davon erzeugen die LED's 2, 3 Lichtstrahlenmit entsprechenden Wellenlängenund die Lichtstrahlen erreichen die Photodiode 6 nach dem Durchlaufender Phantomprobe 30A und werden dann in elektrische Signaleumgewandelt. Die Signale werden in nachfolgenden Stufen von dem Strom/Spannungs-Wandler 7,dem Verstärker 8,dem Multiplexer 9, den Filtern 10, 11,dem Multiplexer 12 und dem A/D-Wandler 13 verarbeitet.Die Signale erreichen dann die CPU 14 und werden dann indem Speicher 15 als Intensitäten des durchgelassenen Lichtsltcal1, ltcal2 fürdie entsprechenden Wellenlängengespeichert. Die CPU 14 führt die Berechnungen aus, indemdie auf diese Weise gemessenen ltcal1, ltcal2 in die folgenden Gleichungen(1) und (2) eingesetzt werden, wodurch die Intensitäten deseinfallenden Lichts lical1, ilcal2 in Bezug auf die Phantomprobe 30A bestimmtsind. lical1 = ltcal1·exp(Af1) (1)lical2 = ltcal2·exp(Af2) (2)
    [0053] In diesen Gleichungen bezeichnenAf1, Af2 bekannte Abschwächungenin der Phantomprobe 30A, die bei den entsprechenden Wellenlängen erzeugtwerden und in dem Speicher 15 im Voraus gespeichert werden.Berechnungsergebnisse werden ebenso in dem Speicher 15 festgehalten.Die Berechnungsergebnisse lical1, lical2 werden in einen vorbestimmtenBereich des Speichers 15 geschrieben. Wenn die Werte lical1,lical2, die das letzte mal gemessen wurden, bereits verfügbar sind,so werden diese Werte überschrieben.
    [0054] Die jüngsten Werte lical1, lical2werden für dieBerechnung verwendet, die im Schritt 3A auszuführen ist, der später beschriebenwird. Daher dient der Schritt 1A für die Kalibrierung der Intensität des einfallendenLichts lical.
    [0055] Die Berechnung der Intensität des einfallendenLichts lical wird durchgeführt,wenn der Bediener die Sonde an der Phantomprobe 30A anbringtund den Kalibrationsschalter drückt.Es kann jedoch, wie in 11 gezeigtist, ein beliebiger Sensor (optisch, mechanisch oder magnetisch) 220 aneiner Sonde 200 und einer Phantomprobe 30A angebrachtund so angeordnet werden, dass, wenn die Sonde 200 an derPhantomprobe 30A angebracht wird, dieser den Vorgang desAnbringens erkennt und die CPU 14 sodann die Verarbeitungin der Weise beginnt, wie dies zuvor dargestellt ist, um damit dieIntensitätdes einfallenden Lichts lical zu berechnen.
    [0056] Alternativ kann, wie in 12 gezeigt ist, die Phantomprobe 30A selbstals eine Halterung ausgebildet sein, die eine Sonde 200 trägt. Derzuvor genannte Sensor 220 kann dann an einem derartigen Haltervorgesehen sein. Wenn die Sonde 200 in dem Halter angebrachtist (dabei wird ein Teil der Phantomprobe 30A zwischendie LED's 2, 3 unddie Photodiode 6 gebracht), kann der Sensor 220 denVorgang des Haltens erkennen, woraufhin die CPU 14 dieIntensitätdes einfallenden Lichts lical berechnen kann.
    [0057] Bei Verwendung über einen langen Zeitraum hinwegtritt bei dem lichtemittierenden Element, etwa einer LED, eine Abnahmeder Leuchtintensitätauf. Die Leuchtintensität ändert sichauch durch Flecken auf der Oberfläche der Sonde. Damit ergebensich Schwierigkeiten bei der kontinuierlichen Anwendung in Hinblickauf die Leuchtintensitätder Sonde, wenn diese zum Zeitpunkt der Auslieferung eingestelltwurde. Besser ist es, die Intensität des einfallenden Lichts licalunmittelbar vor der Messung zu kalibrieren.
    [0058] Im Schritt 2A wird die Sonde an demlebenden Körper 30 angebrachtund Variationen bei den Abschwächungenbei den entsprechenden Wellenlängen,die durch eine Pulsierung des Blutes hervorgerufen werden, werdengemessen und es wird das Verhältnis Φ zwischenden Variationen bei den Abschwächungenbestimmt.
    [0059] Der Prozessablauf, der sich auf diesen Schrittbezieht, wird von dem Bediener durch Betätigen des Messschalters aufder Steuertafel 17 gestartet. Dabei bestimmt die CPU 14 das Verhältnis Φ12 zwischender Variation ΔA1und der Abschwächung A1bei der ersten Wellenlängeund einer Variation ΔA2bei der AbschwächungA2 bei der zweiten Wellenlängeauf der Grundlage des Signals, das die durchgelassenen Lichtintensitäten lt1,lt2 kennzeichnet und das von dem A/D-Wandler 13 ausgegeben wird.Insbesondere wird die folgende Gleichung (3) berechnet und das Ergebnisder Berechnung wird in dem Speicher 15 gespeichert. Φ12 = ΔA1/ΔA2 = (AC/DC1)/(AC2/DC2) (3)
    [0060] Hierbei bezeichnet DC1 eine DC-Komponenteder pulsierenden durchgelassenen Lichtintensität lt1, und DC2 bezeichneteeine DC-Komponente der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensität lt2. SowohlDC1 als auch DC2 werden als durchgelassene DC-Lichtintensitäten bezeichnet. Ferner bezeichnetAC1 eine AC-Komponente der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensität lt1, undAC2 bezeichnet eine AC-Komponente der pulsierenden durchgelassenenLichtintensitätlt2. Sowohl lt1 als auch lt2 werden als durchgelassene AC-Lichtintensitäten bezeichnet.
    [0061] Gleichung (3) wird in der folgendenWeise erhalten. Wie in 3a gezeigtist, kann man sich einen lebenden Körper als aus arteriellem Blut,venösemBlut und Gewebe, das kein Blut ist, aufgebaut denken. Wenn der lebendeKörperder Einwirkung von Licht ausgesetzt wird, das die Intensität des einfallendenLichts li aufweist, wird Licht gemessen, das die Intensität des durchgelassenenLichts lt besitzt. Dabei wird eine Abschwächung A, die von dem lebendenKörperhervorgerufen wird, durch die folgende Gleichung (4) auf der Grundlagedes Lambent-Beer-Gesetzes ausgedrückt. A = log (li/lt) = log li – Log lt (4)
    [0062] Als nächstes, wie in 3b gezeigt ist, wird eine entsprechendeVariation der Intensitätdes durchgelassenen Lichtes als It-ΔIt ausgedrückt, wenn angenommen wird,dass eine Variation, die durch eine Änderung in der Dicke einerSchicht des arteriellen Blutes hervorgerufen wird, als Δlt bezeichnetwird. Zu diesem Zeitpunkt addiert sich eine Variation ΔA zu derAbschwächung,die durch den lebenden Körperhervorgerufen wird und wird in folgende Gleichung (5) ausgedrückt: A + ΔA = log[li/(lt – Δlt)] = logli – log(lt -Δlt) (5)
    [0063] A wird in den Gleichungen (4) und(5) eliminiert, wodurch ΔAbestimmt ist. Dabei lässtsich ΔAin folgender Weise durch eine Gleichung ausdrücken, in der die einfallendeLichtintensitätli nicht verwendet ist. ΔA = log lt – log (lt – Δlt) = log[it/(lt – Δlt)] (6)
    [0064] Gleichung (6) wird in folgender Weiseumgestellt: ΔA = log {1/[1 – (Δ lt/lt)]} (7)
    [0065] Hierbei nimmt (Δlt/lt) einen Wert an, der wesentlichkleiner als 1 ist (weil die Variation Δlt der durchgelassenen Lichtintensität lt, diesich aus dem Pulsieren einer arteriellen Blutschicht eines lebenden Körpers ableitet,wesentlich kleiner als die durchgelassene Lichtintensität lt ist).Die Gleichung (7) kann durch die folgende Gleichung (8) angenähert werden. ΔA = Δlt/lt (8)
    [0066] Daher kann die folgende Gleichung(9) aus einer Definitionsgleichung von Φ12 und der Gleichung (8) erhaltenwerden. Φ12 = ΔA1/ΔA2 = (Δlt1/lt1)/(Δlt2/lt2) (9)
    [0067] Als Folge davon lässt sich die Logarithmusbildungvermeiden. Man kann sich Gleichung (9) entstanden denken, wenn diedurchgelassene Lichtintensitätenum Δlt1,ltΔ2 inBezug auf lt1, lt2 geändert werden.
    [0068] Wie in 4a gezeigtist, wird unter der Annahme, dass ein Spitzenwert der pulsierenden durchgelassenenLichtintensitätlt als durchgelassene DC-Lichtintensität DC genommen wird und dass eineDifferenz zwischen dem Spitzenwert und einem minimalen Wert (d.h. einer maximalen Variation) als eine durchgelassene AC-Lichtintensität AC genommenwird, die durchgelassene Lichtintensität so betrachtet, dass diesesich um AC in Bezug auf DC geänderthat. Daher erhältman Δlt/lt= AC/DC und die Gleichung (9) lässtsich in der folgenden Weise umformen. Φ12 = ΔA1/ΔA2 = (AC1/C1)/(AC2/DC2)
    [0069] Kurz gesagt, man erhält Gleichung(3).
    [0070] Hierbei wird der Spitzenwert derdurchgelassenen Lichtintensitätals die durchgelassene DC-Lichtintensität DC genommen. Jedoch ist ACwesentlich kleiner als DC. Wie in 4 gezeigtist, gilt Gleichung (3) auch, wenn die durchgelassene DC-Lichtintensität DC alsder Minimalwert der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensität lt genommen wird.Wie in 4c gezeigt ist,gilt Gleichung (3) auch, wenn die durchgelassene DC-Lichtintensität DC alsein Mittelwert zwischen dem Spitzenwert und dem minimalen Wert genommenwird (d. h. als ein Zwischenwert zwischen dem Spitzenwert und dem minimalenWert).
    [0071] Wie zuvor dargelegt ist, kann diedurchgelassene DC-LichtintensitätDC auf einen beliebigen Wert festgelegt werden, der zwischen demSpitzenwert und dem minimalen Wert liegt. Daher kann die durchgelasseneLichtintensitätlt, die zu einem Zeitpunkt erreicht wird, an dem die durchgelasseneAC-Lichtintensitäterreicht wird, oder unmittelbar davor oder danach, benutzt werden.
    [0072] In diesem Schritt wird die Berechnungvon Φ 12für jedenPuls der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensität in lt1,lt2, d. h. fürjeden Herzschlag, ausgeführt.
    [0073] Im nachfolgenden Schritt 3A werdendie DC-AbschwächungenAdc1, Adc2 der entsprechenden Wellenlängen bestimmt. Hierbei berechnetdie CPU 14 die DC-Abschwächungen Adc1, Adc2 der entsprechendenWellenlängen,indem in den folgenden Gleichungen (10) und (11) die einfallenden Lichtintensitäten lical1,lical2, im Schritt A1 bestimmt wurden, und die durchgelassene DC-Lichtintensitäten DC1,DC2, die im Schritt 2a bestimmt wurden, eingesetzt werden. Adc1 = log (lical1/DC1) =log lical1 – logDC1 (10)Adc2 = log (lical2/DC2) =log lical2 – logDC2 (11)
    [0074] Wenn die Vorrichtung einen Schaltungsaufbaubesitzt, der keine Änderungdes Stromes bewirkt, der durch die lichtemittierenden Elemente (LED's 2, 3)fließt,werden die einfallenden Lichtintensitäten lical1, lical2, die imSchritt 2A bestimmt wurden, in der unmodifizierten Form benutzt.
    [0075] In Hinblick auf die Tatsache, dasslebendes Gewebe einen individuellen Unterschied aufweist, kann sichjedoch ein Unterschied zwischen den elektrischen Strömen Ccal1,Ccal2, die zu den lichtemittierenden Elementen fließen, wenndie Messung für dieIntensitätdes einfallenden Lichts (d. h. z. Z. der Kalibrierung) unter Anwendungder Phantomprobe 30A durchgeführt wird, und den elektrischenStrömenCmeas1, Cmeas2, die zu den lichtemittierenden Elementen fließen, wenneine Abschwächungdurch den lebenden Körpergemessen wird (zum Zeitpunkt der Messung), ergeben. Wenn die Vorrichtungmit einer Schaltungskonfiguration versehen ist, die eine Einstellungzulässt,um damit eine optimale durchgelassene Lichtintensität zu erreichen,indem eben der elektrische Strom der lichtemittierenden Elemente geändert wird,verwendet die CPU 14 als die Intensität des einfallenden Lichts dieWerte liA1, liA2, die entsprechend dem elektrischen Strom korrigiertsind, der durch die lichtemittierenden Elemente fließt. liA1 undliA2 werden wie folgt ausgedrückt: liA1 = lcal1·Cmeas1/Ccal1 (12)liA2 = lcal2·Cmeas2/Ccal2 (13)
    [0076] In diesem Schritt wird die Berechnungder DC-AbschwächungenAdc1, Adc2 fürjeden Puls der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensitäten lt1, lt2,d. h. fürjeden Herzschlag, ausgeführt.
    [0077] Im Schritt 4A berechnet die CPU 14 dieKonzentration des HämoglobinsHbdc durch Anwenden der folgenden Gleichung (14), in der Φ12, dasim Schritt 2A bestimmt wurde, und die DC-Abschwächungen Adc1, Adc2, die imSchritt 3A bestimmt wurden, als Variablen verwendet sind. Hbdc = a1·Φ12 + b1 + c1·Adc2/Adc1 (14)
    [0078] Die Koeffizienten a1, b1, c1 derGleichung (14) sind Werte, die zuvor durch das Verfahren der kleinstenQuadrate bestimmt wurden, um damit eine Differenz zwischen den Hämoglobinkonzentration Hbdc,die durch Berechnen füreine gewisse Bevölkerungsschicht(z. B. aus Daten, die sich auf 10 ausgewählte Personen beziehen) bestimmtwurde mittels der Gleichung (14) und der genauen Konzentration desHämoglobinsHbs, das durch eine Blutprobe und das Zyanmethämoglobinverfahren gemessen wurde.
    [0079] Um hierbei die vorteilhafte Wirkungder Vorrichtung zu zeigen, wird die Konzentration des Hämoglobins,die lediglich durch Verwendung des Abschwächungsvariationsverhältnisses Φ12 des Pulssignalsberechnet wurde, mit der Konzentration des Hämoglobins verglichen, das durchdie Blutprobe bestimmt wurde. Ferner wird die Konzentration desHämoglobins,die durch die Vorrichtung unter Anwendung von Φ12 und den DC-Abschwächungen Adc1,Adc2 berechnet wird, mit der Konzentration des Hämoglobins verglichen, die durchdie Blutprobe bestimmt wurde.
    [0080] Wenn lediglich das Abschwächungsvariationsverhältnis Φ12 verwendetwird, wird die Konzentration des Hämoglobins durch die Gleichung(15) berechnet. Hbp= a2·Φ12 + b2 (15)
    [0081] Die Koeffizienten a2, b2, die indiesem Falle verwendet werden, werden ebenso im Voraus auf der Grundlageder Daten, die sich auf die Bevölkerungsschichtbeziehen, mittels des Verfahrens der kleinsten Quadrate bestimmt. 5a zeigt eine Korrelation zwischender HämoglobinkonzentrationHpbp, die durch Anwenden der Gleichung (15) berechnet wurde undder HämoglobinkonzentrationHbs, die durch die Blutprobe bestimmt wurde.
    [0082] 5b zeigteine Korrelation zwischen der HämoglobinkonzentrationHbdc, die mittels der Vorrichtung der Ausführungsform auf der Grundlageder Gleichung (14) durch die Anwendung der DC-Abschwächungenbestimmt wurde, und der HämoglobinkonzentrationHbs, die mittels der Blutprobe gemessen wurde. Wie aus einem Vergleichzwischen den Zeichnungen hervorgeht, wird eine Verbesserung in der Übereinstimmungzwischen der Hämoglobinkonzentration,die durch die Vorrichtung bestimmt wird, und jener Konzentration,die durch die Blutprobe bestimmt ist, erreicht, indem die DC-Abschwächungenin die Formel eingefügtwerden.
    [0083] Es kann die folgende Gleichung anstelleder Gleichung (14) verwendet werden. Hbdc = a3·Φ12 + b3+ ·Adc2+ d3·Adc1 (16)
    [0084] Die Koeffizienten a3 bis d3 dieserGleichung wurden im Voraus in der gleichen Weise bestimmt, wie dieszuvor dargestellt ist.
    [0085] Es besteht eine konstante Umkehrkorrelationzwischen den DC-AbschwächungenAdc1, Adc2 und den durchgelassenen DC-Lichtintensitäten DC1, DC2.Somit ergibt sich die gleiche Wirkung, wie sie erreicht wird, indemeine Berechnung unter Anwendung der durchgelassenen DC-Lichtintensitäten in ihrernicht modifizierten Form ohne Anwendung der DC-Abschwächungen ausgeführt wird.In diesem Falle ist die durchgelassene DC-Lichtintensität proportional zu der Intensität des aufdie Sonde einfallenden Lichts. Daher müssen die einfallenden Lichtintensitäten lical1,lical2 korrigiert werden, wobei diese durch einen spezifiziertenStromwert, der in die lichtemittierenden Elemente fließt (dieLED's 2, 3) normiertwerden. Die korrigierten durchgelassenen DC-Lichtintensitäten ltcomp1,ltcomp2 der entsprechenden Wellenlängen werden durch die folgenden Gleichungen(17) und (18) berechnet. ltcomp1 = DC1(lilcal1/lstd1)(Cmeas 1/Ccal1) (17)ltcomp2 = DC2 (lical2/lstd2)(Cmeas2/Ccal2) (18)
    [0086] Wobei DC1, DC2 gemessene durchgelasseneDC-Lichtintensitätenbezeichnen; lical1, lical2 einfallende Lichtintensitäten bezeichnen,die zum Zeitpunkt der Kalibrierung berechnet werden; lstd 1, lstd2 standardmäßige Lichtintensitäten bezeichnen; Cmeas1,Cmeas2, Stromwerte bezeichnen, die in die lichtemittierende Elementeeingeprägtund erhalten werden, wenn ein lebender Körper gemessen wird; und Ccal1,Ccal2 Stromwerte bezeichnen, die in die lichtemittierenden Elementeeingeprägtund zum Zeitpunkt der Kalibrierung der einfallenden Lichtintensitäten erhaltenwerden.
    [0087] Daher können die folgenden Gleichungen (19)und (20) anstelle der Gleichungen (14) und (16) verwendet werden. Hbdc = a4·Φ12 + b4 + c4·ltcomp1/ltcomp2 (19)Hbdc = a5·Φ12 + b5 + c5·ltcomp1+ d5·ltcomp2 (20)
    [0088] Dabei werden die Koeffizienten a4bis c4 in Gleichung (19) und die Koeffizienten a5 bis d5 in Gleichung(20) im Voraus durch das gleiche Verfahren bestimmt, wie es zumBestimmen der Koeffizienten der Gleichung (14) angewendet wird.
    [0089] Selbst in diesem Schritt wird dieBerechnung von Hbdc fürjeden Pulsschlag der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensitäten lt1,lt2, d. h. fürjeden Herzschlag, durchgeführt.Die CPU 14 speichert das auf diese Weise bestimmte Hbdcin dem Speicher 15 und zeigt diesen Wert auf der Anzeige 16 an.
    [0090] Gemäß der Vorrichtung der Ausführungsformwird die Konzentration des Hämoglobinsdurch Anwenden der DC-Abschwächungoder der durchgelassenen DC-Lichtintensität berechnet, die bei der erstenWellenlängevon 1300 nm erreicht wird, bei der Licht von einem lebenden Gewebe,das nicht Blut ist, absorbiert wird, und durch die Anwendung der DC-Abschwächung oderder durchgelassenen DC-Lichtintensität, die bei der zweiten Wellenlänge von805 nm erhalten wird, bei der Licht von Blut absorbiert wird. AlsFolge davon ist das Blut, das in einem zu messendem Bereich strömt, unddie Dicke des gesamten lebenden Gewebes, das sich aus Gewebe zusammensetzt,das kein Blut ist, berücksichtigt,wodurch die Konzentration des Hämoglobinsin genauer Weise gemessen werden kann.
    [0091] In der Ausführungsform kann die erste Wellenlänge aufrotes Licht (mit einer Wellenlängevon z. B. 660 nm) festgelegt werden, und die zweite Wellenlänge kannauf Infrarotlicht (mit einer Wellenlänge von z. B. 940 nm) festgelegtwerden, um somit die Konzentration von Oxyhämoglobin zu bestimmen. Somitkann die Vorrichtung auf die Messung der arteriellen Blutsauerstoffsättigungangewendet werden.
    [0092] Es wird nunmehr eine zweite Ausführungsformder Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform betrifft eine Vorrichtungzur Messung der Carboxyhämoglobinkonzentration.
    [0093] 6 isteine Blockansicht, die die Gesamtkonfiguration der Vorrichtung derAusführungsform darstellt.Ein Lichtsender 100 umfasst: LED's 20a, 20b und 20c zumErzeugen von Lichtstrahlen dreier unterschiedlicher Wellenlängen; undeine Ansteuerschaltung 40 zum Ansteuern der LED's 20a, 20b und 20c.
    [0094] Die Wellenlänge eines Lichtstrahls, dervon der LED 20a erzeugt wird, wird als eine erste Wellenlänge bezeichnet;die Wellenlängeeines Lichtstrahls, der von der LED 20b erzeugt wird, wirdals eine zweite Wellenlängebezeichnet; und die Wellenlängeeines Lichtstrahls, der von der LED 20c erzeugt wird, alseine dritte Wellenlängebezeichnet. In dieser Vorrichtung trägt die erste Wellenlänge 940nm, die zweite Wellenlänge660 nm und dritte Wellenlänge 620nm.
    [0095] Ein Lichtempfänger 50 umfasst: einePhotodiode 60, die gegenüber den LED's 20a, 20b und 20c angeordnetist; einen Strom/Spannungs-Wandler 70 zum Umwandeln eineselektrischen Stromes, der von der Photodiode 60 ausgegebenwird, in ein Spannungssignal; und einen Verstärker 80.
    [0096] Ein Multiplexer 90 ist eineSchaltung, um ein Signal, das von dem Verstärker 80 ausgegebenwird, selektiv auf drei Filter zu verteilen; d. h. einen Filter 10a,einen Filter 10b und einen Filter 10c. Die Filter 10a, 10b und 10c sindSchaltungen, um ein Rauschen von den Signalen, die den Intensitäten der durchgelassenenLichtstahlen mit den entsprechenden Wellenlängen entsprechen, zu reduzieren.Das Ausgabezeitverhalten der Ausgangssignale werden von einem Multiplexer 120 gesteuert,und die Signale werden dann einem A/D-Wandler 130 zugeführt. Der A/D-Wandler 130 isteine Schaltung, um das von dem Multiplexer 120 ausgegebeneSignal in ein digitales Signal umzuwandeln.
    [0097] Eine CPU 140 repräsentierteine Schaltung, die Steuersignale an die Ansteuerschaltung 40,den Multiplexer 90 und den Multiplexer 120 ausgibt,um damit diese Schaltungen zu steuern, wobei die CPU 140 fernerOperationen auf der Grundlage eines Signals ausführt, das von A/D-Wandler 130 ausgegeben wird.
    [0098] Ein Speicher 150 speichertein Programm, das zur Abarbeitung durch die CPU 140 dient,und Daten, die von der CPU 140 ausgegeben werden.
    [0099] Eine Anzeige 160 stelltdie von der CPU 140 ausgegebenen Daten dar, und eine Steuertafel 170 istmit mehreren Schaltern (einschließlich eines Kalibrationsschaltersund eines Messschalters, die späterbeschrieben werden) und mehreren Tasten ausgestattet und gibt einSignal an die CPU 140 aus, das durch Betätigung einesBedieners erzeugt wird. Eine Sonde dieser Vorrichtung ist mit denLED's 20a, 20b und 20c undder Photodiode 60 ausgestattet. Der lebende Körper 30 wirdzwischen die LED's 20a, 20b und 20c unddie Photodiode 60 eingespannt. Als nächstes wird die Funktionsweiseder Vorrichtung mit Bezug zu 7 beschrieben.
    [0100] Im Schritt 1B wird die Intensität des Lichtes, dasden lebenden Körper 30 bestrahlt,gemessen. Insbesondere wird die Intensität des von den drei Leuchtdioden 20a, 20b und 20c derSonde auf den lebenden Körper 30 eingestrahltenLichts bestimmt. Wie im Falle des Schrittes 1A, der in der Vorrichtung derersten Ausführungsformauszuführenist, setzt der Bediener die Phantomprobe 30A an eine vorbestimmteStelle zwischen den LED's 20a, 20b und 20c derSonde und der Photodiode 60 und instruiert die CPU 140 durchBetätigendes Kalibrierschalters, die Messung der Intensität des einfallenden Licht zubeginnen. Die CPU 140 führtdie Berechnung der folgenden Gleichungen durch Substitution derLichtintensitätenltcal1, ltcal2 und ltcal3 der Wellenlängen der Lichtstrahlen, diedurch die Phantomprobe 30A gelaufen sind, wodurch die einfallendenLichtintensitätenlical1, lical2 und lical3 der drei Wellenlängen bestimmt werden, wobeidiese in dem Speicher 150 abgelegt werden. lical1= ltcal1·exp(Af1)lical2 = ltcal2·exp(Af2)lical3= ltcal3·exp(Af3)
    [0101] Hierbei bezeichnen Af1, Af2 und Af3bekannte Abschwächungender Phantomprobe 30A, die bei den entsprechenden Wellenlängen erreichtwerden und in dem Speicher 150 im Voraus gespeichert sind.
    [0102] Im Schritt 2B bringt der Bedienerdie Sonde an den lebenden Körper 30 an,und betätigtden Messschalter. Als Folge davon misst die CPU 140 Variationenin den Abschwächungenbei den entsprechenden Wellenlängen,die durch die Pulsierung des Blutes in dem lebenden Körper 30 hervorgerufen werden,und das Verhältnis Φ zwischenden Variationen in den Abschwächungen.
    [0103] In diesem Schritt bestimmt die CPU 140 die durchgelassenenDC-Lichtintensitätenund die durchgelassen AC-Lichtintensitäten der entsprechenden Wellenlängen inder gleichen Weise wie im Schritt 2a der ersten Ausführungsformund bestimmt die Abschwächungsvariationsverhältnisseder entsprechenden Wellenlängenmittels der Anwendung der Intensitäten. Hierbei werden die Lichtstrahlen dreierWellenlängenverwendet und somit werden Φ12und Φ13bestimmt, indem die folgenden Gleichungen (21) und (22) berechnetwerden und die Berechnungsergebnisse werden dann in dem Speicher 150 abgelegt. Φ12 = ΔA1/ΔA2 = (AC1/DC1)/(AC2/DC2) (21)Φ12 = ΔA1/ΔA3 = (AC1/DC1)/(AC3/DC3) (22)
    [0104] Hierbei bezeichnet Φ12 ein Verhältnis zwischeneiner Variation ΔA1für eineAbschwächungA1 der ersten Wellenlängeund einer Variation ΔA2für in eineAbschwächungA2 bei der zweiten Wellenlänge; Φ13 bezeichnetein Verhältniszwischen einer Variation ΔA1für dieAbschwächungA1 bei der ersten Wellenlängeund einer Variation ΔA3bei einer AbschwächungA3 bei der dritten Wellenlänge;DC1, DC2, DC3 bezeichnen jeweils durchgelassene DC-Lichtintensitäten, diebei durchgelassenen Lichtintensitäten lt1, lt2 und lt3 der ersten,zweiten und dritten Wellenlängeerhalten werden; und AC1, AC2, AC3 bezeichnen jeweils durchgelassene AC-Lichtintensitäten, diebei den durchgelassenen Lichtintensitäten lt1, lt2 und lt3 bei derersten, zweiten und dritten Wellenlänge erhalten werden.
    [0105] In diesem Schritt wird die Berechnungvon Φ12, Φ13 für jedenPuls der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensitäten lt1,lt2 und lt3, d. h. fürjeden Herzschlag, ausgeführt.
    [0106] Im nachfolgenden Schritt 3B werdendie DC-AbschwächungenAdc1, Adc2, Adc3 der entsprechenden Wellenlängen bestimmt. Hierbei berechnet dieCPU 140 die DC-AbschwächungenAdc1, Adc2 der entsprechenden Wellenlängen, indem in die folgendenGleichungen (23) bis (25) die einfallenden Lichtintensitäten lical1,lical2 und lical3, die im Schritt 1B bestimmt wurden, und die durchgelassenen DC-Lichtintensitäten DC1,DC2 und DC3, die im Schritt 2B bestimmt wurden, eingesetzt werden. Adc1 = log (lical1/DC1) =log lical1 – logDC1 (23) Adc2 = log (lical2/DC2) =log lical2 – logDC2 (24) Adc3 = log (lical3/DC3) =log lical3 – logDC3 (25)
    [0107] Wenn die Vorrichtung eine Schaltungskonfigurationaufweist, die keine Änderungdes Stromes bewirkt, der durch die lichtemittierenden Elemente fließt (LED's 20a, 20b und 20c),werden die einfallenden Lichtintensitäten lical1, lical2, lical3,die im Schritt 1B bestimmt wurden, in nicht modifizierter Form verwendet.
    [0108] Angesichts der Tatsache, dass lebendesGewebe einen individuellen Unterschied aufweist, kann jedoch eineDifferenz zwischen den elektrischen Strömen Ccal1, Ccal2, Ccal3, diezu den lichtemittierenden Elementen fließen, wenn die Messung für die einfallendeLichtintensitätbei Verwendung der Phantomprobe 30A (d. h. zum Zeitpunktder Kalibrierung) durchgeführtwird, und den elektrischen Strömen Cmeas1,Cmeas2, Cmeas3, die zu den lichtemittierenden Elementen fließen, wenndie Abschwächung deslebenden Körpersgemessen wird (d. h. zum Zeitpunkt der Messung), auftreten. Wenndie Vorrichtung eine Schaltungskonfiguration aufweist, die ein Einstellendurch Änderndes elektrischen Stromes der lichtemittierenden Elemente ermöglicht,um damit eine optimale durchgelassene Lichtintensität zu erreichen,werden fürdie einfallenden Lichtintensitäten liA1,liA2, liA3 Werte verwendet, die entsprechend den elektrischen Stromwerten,die den lichtemittierenden Elementen eingeprägt werden, korrigiert wurden.Hierbei werden liA1, liA2 und liA3 durch die folgenden Gleichungenausgedrückt. liA1 = lcal1·Cmeas1/Ccal1 (26)liA2 = lcal2·Cmeas2/Ccal2 (27)liA3 = lcal3·Cmeas3/Ccal3 (28)
    [0109] Selbst in diesem Schritt wird dieBerechnung der DC-AbschwächungenAdc1, Adc2 und Adc3 für jedenPuls der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensitäten li1 ,lt2, lt3, d. h. fürjeden Herzschlag, ausgeführt.
    [0110] Im nachfolgenden Schritt 4B berechnetdie CPU 140 die Konzentration von Karboxyhämoglobin COHbdcunter Anwendung der folgenden Gleichung (29), in der Φ12 und Φ13, dieSchritt 2B bestimmt wurden, und die DC-Abschwächungen Adc1, Adc2, Adc3, dieSchritt 3B bestimmt wurden, als Variablen verwendet sind. COHbdc = a6·Φ12 + b6·Φ13 + c6+ d6·Adc2/Adc1+ e6·Adc3/Adc1 (29)
    [0111] Die Koeffizienten aus a6, b6, c6,d6 und e6 der Gleichung (29) sind Werte, die zuvor mittels des Verfahrensder kleinsten Quadrate bestimmt wurden, um eine Differenz zwischender KarboxyhämoglobinkonzentrationCOHbdc, die durch Berechnen einer gewissen Bevölkerungsschicht (z. B. mittelsDaten, die sich auf 10 ausgewähltePersonen beziehen) unter Anwendung der Gleichung (29) bestimmt wurden, undder genauen Konzentration von Karboxyhämoglobin COHbs, das durch eineBlutprobe gemessen wurde, zu minimieren.
    [0112] Um hierbei die vorteilhafte Wirkungder Vorrichtung zu zeigen, wird die Konzentration des Kaboxyhämoglobins,das unter Anwendung lediglich der Abschwächungsvariationsverhältnisse Φ12 und Φ13 des Pulssignalsberechnet wurde, mit der Konzentration des Karboxyhämoglobinsverglichen, das durch die Blutprobe bestimmt wurde. Ferner wirddie Konzentration des Kaboxyhämoglobins,das mittels der Vorrichtung unter Anwendung von Φ12, Φ13 und der AbschwächungenAdc1, Adc2, Adc3 berechnet wurde, mit der Konzentration des Hämoglobinsverglichen, die durch die Blutprobe bestimmt wurde.
    [0113] Wenn lediglich die Abschwächungsvariationsverhältnisse Φ12, Φ13 verwendetwerden, wird die Konzentration des Kaboxyhämoglobins mit der Gleichung(30) berechnet. COHbp= a7·Φ12 + b7·Φ13 + c7 (30)
    [0114] Die in diesem Falle verwendeten Koeffizientena7, b7, c7 werden ebenso im Voraus auf der Grundlage der Daten,die sich auf die Bevölkerungsschichtbeziehen, in der gleichen Weise bestimmt, wie dies zuvor dargestelltist. 8a zeigt eine Korrelationzwischen der KarboxyhämoglobinkonzentrationCOHbp, die unter Anwendung der Gleichung (30) berechnet ist, undder KarboxyhämoglobinkonzentrationCHOHbs, die mittels der Blutprobe gemessen wird.
    [0115] 8b zeigteine Korrelation zwischen der Karboxyhämoglobinkonzentration COHbc,die mit der Vorrichtung auf der Grundlage der Gleichung (29) beiAnwendung der DC-Abschwächungenbestimmt wird, und der Karboxyhämoglobinkonzentration COHbs,die durch die Blutprobe gemessen wird.
    [0116] Wie aus dem Vergleich zwischen denZeichnungen deutlich wird, wird eine Verbesserung in der Anpassungzwischen der Kaboxyhämoglobinkonzentration,die durch die Vorrichtung bestimmt wird, und jener, die durch dieBlutprobe bestimmt wird, erreicht, indem die DC-Abschwächungen in die Gleichungen eingeführt werden.
    [0117] Anstelle der Gleichung (29) kanndie folgende Gleichung verwendet werden. COHbdc = a8·Φ12 + b8·Φ13 + c8+ d8·Adc1+ e8·Adc2+ f8·Adc3 (31)
    [0118] Die Koeffizienten a8, b8, c8, d8,e8, f8 dieser Gleichung wurden in Voraus in der gleichen Weise bestimmt,wie dies zuvor dargestellt ist.
    [0119] Es besteht eine konstante Umkehrkorrelationzwischen den DC-Abschwächungen,Adc1, Adc2, Adc3 und den durchgelassenen DC-Lichtintensitäten DC1,DC2, DC3. Somit wird die gleiche Wirkung erzielt, wie sie auch erreichtwird, indem die Berechnung durch Anwendung der durchgelassenen DC-Lichtintensitäten in dernicht modifizierten Form ohne Berechnung der Abschwächungendurchgeführtwerden. In diesem Falle ist die durchgelassene DC-Lichtintensität proportionalzu der Intensitätdes auf die Sonde einfallenden Lichts. Daher müssen die einfallenden Lichtintensitäten korrigiertwerden, wobei diese entsprechend einem spezifischen Stromwert, derin die lichtemittierenden Elemente (LED's 20a, 20b und 20c) eingeprägt wird,normiert werden. Die korrigierten durchgelassenen DC-Lichtintensitäten ltcomp1,ltcomp2, ltcomp3 der entsprechenden Wellenlängen werden durch die folgendenGleichungen (32) bis (34) berechnet. ltcomp1 = DC1 (lical1/lstd1)(Cmeas1/Ccal1) (32)ltcomp2 = DC2 (lical2/lstd2)(Cmeas1/Ccal2) (33)ltcomp3 = DC3 (lical3/lstd3)(Cmeas3/Ccal3) (34)
    [0120] Hierbei bezeichnen DC1, DC2, DC3die entsprechenden gemessenen durchgelassenen DC-Lichtintensitäten; lical1,lical2, lical3 die einfallenden Lichtintensitäten, die zum Zeitpunkt derKalibrierung berechnet werden; lstd1, lstd2, lstd3 jeweils die standardmäßigen einfallendenLichtintensitäten; Cmeas1,Cmeas2, Cmeas3 entsprechend die Stromwerte, die den lichtemittierendenElementen eingeprägtwerden, wenn eine Messung an einem lebenden Körper durchgeführt wird;und Ccal1, Ccal2, Ccal3 bezeichnen entsprechende Stromwerte, diein die lichtemittierenden Elemente z. Z. der Kalibrierung der einfallendenLichtintensitäteneingeprägtwerden.
    [0121] Daher können die folgenden Gleichungen (35)und (36) anstelle der Gleichungen (29) und (31) verwendet werden. COHbdc = a9·12Φ + b9·Φ13 + c9+ d9·ltcomp1/ltcomp2+ e9·ltcom1/ltcomp3 (35)COHbdc = a10·Φ12 + b10·Φ13 + c10+ d10·ltcomp1 +e10·ltcomp2+ f10·ltcomp3 (36)
    [0122] Hierbei werden die Koeffizientena9 bis e9 in Gleichung (35) und die Koeffizienten a10 bis f10 in Gleichung(36) im Voraus in der gleichen Weise und durch die Anwendung derDaten, die sich auf die Bevölkerungbeziehen, analog zu den Daten, die zuvor erwähnt sind, bestimmt.
    [0123] Selbst in diesem Schritt wird dieBerechnung von COHbdc fürjedes Signal der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensitäten lt1,lt2, lt3, d. h. fürjeden Herzschlag, ausgeführt.Die CPU 140 speichert die auf diese Weise bestimmte COHbdcin dem Speicher 150 und zeigt den Wert auf dem Anzeigeabschnitt 160 an.
    [0124] Gemäß der Vorrichtung dieser Ausführungsformwird die Konzentration des Karboxyhämoglobins unter Anwendung derDC-Abschwächungoder der durchgelassenen DC-Lichtintensität, die beider ersten Wellenlängevon 940 nm auftritt, bei der Licht von Blut absorbiert wird, durchdie DC-Abschwächungoder die durchgelassene DC-Lichtintensität, die bei der zweiten Wellenlänge von660 nm auftritt, bei der Licht von Blut absorbiert wird, und durchdie DC-Abschwächungoder die durchgelassene DC-Lichtintensität, die bei der dritten Wellenlänge von620 nm auftritt, bei der Licht von Blut absorbiert wird, berechnet.Folglich wird die Dicke der gesamten Blutschicht, die in einem zumessenden Bereich vorhanden ist, berücksichtigt, wobei die Konzentration desKarboxyhämoglobinsin genauer Weise gemessen werden kann.
    [0125] Es wird nunmehr eine dritte Ausführungsformder Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsform betrifft eine Farbstoffkonzentrationsmessvorrichtung.Dieser Vorrichtung verwendet Lichtstrahlen dreier Wellenlängen, wieim Falle der zweiten Ausführungsform,wobei die gesamte Ausbildung der Vorrichtung so ist, wie dies in 6 gezeigt ist, und somitwerden wiederholende Erläuterungen weggelassen.
    [0126] Wie jedoch in 9 gezeigt ist, unterscheidet sich einBearbeitungsprogramm, das von der CPU 140 ausgeführt wird,von jenem das in Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben ist.Ferner nimmt die erste Wellenlängeeinen Wert von 940 nm, die zweite Wellenlänge einen Wert von 660 nm unddie dritte Wellenlängeneinen Wert von 805 nm an. Die Funktionsweise der Vorrichtung wirdnunmehr mit Bezug zu 9 beschrieben.
    [0127] Im Schritt 1C wird die Intensität des aufden lebenden Körper 30 einfallendenLichts gemessen. Wie im Falle des Schritts 1B, der von der Vorrichtung derzweiten Ausführungsformauszuführenist, werden die einfallenden Lichtintensitäten lical1, lical2, lical3der Lichtstrahlen mit den drei Wellenlängen durch die Verwendung derPhantomprobe 30A bestimmt und die auf diese Weise ermittelteneinfallenden Lichtintensitätenwerden in dem Speicher 150 abgelegt.
    [0128] Im anschließenden Schritt 2C führt nachdem Anbringen der Sonde an dem lebenden Körper 30 der Bedienereinen Farbstoff in das Blut des lebenden Körpers 30 ein. Beispielsweisewird Indocyaningrünals Farbstoff verwendet. Es wird ein Verhältnis zwischen Änderungender Abschwächungender entsprechenden Wellenlängenin der gleichen Weise bestimmt, wie dies im Schritt 2B der zweitenAusführungsformder Fall ist. Insbesondere werden Φ12 und Φ13 durch die Gleichungen (21)und (22) ermittelt und die Berechnungsergebnisse werden in dem Speicher 150 abgelegt.
    [0129] In diesem Schritt wird die Berechnungvon Φ12und Φ13für jedesPulssignal der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensitäten lt1,lt2, lt3, d. h. für jedenHerzschlag, durchgeführt.
    [0130] Im anschließenden Schritt 3C werden die DC-AbschwächungenAdc1, Adc2, Adc3 der entsprechenden Wellenlängen bestimmt. Hierbei berechnet dieCPU 140 die DC-AbschwächungenAdc1, Adc2 der entsprechenden Wellenlängen, in dem in die Gleichungen(23) bis (25) in der gleichen Weise ersetzt wird, wie dies im Schritt3B der zweiten Ausführungsformder Fall ist.
    [0131] Wenn die Vorrichtung einen Schaltungsaufbauaufweist, der keine Änderungenin dem Strom bewirkt, der durch die lichtemittierenden Element fließt (dieLED's 20a, 20b und 20c),werden die einfallenden Lichtintensitäten lical1, lical2, lical3,die im Schritt 1C bestimmt wurden, in nicht modifizierter Form verwendet,wie dies zuvor dargelegt ist.
    [0132] Angesichts der Tatsache jedoch, dassdas lebende Gewebe individuell Unterschiede aufweist, kann sicheine Differenz zwischen den elektrischen Strömen Ccal1, Ccal2, Ccal3, dieden lichtemittierenden Elementen eingeprägt werden, wenn die Messungfür dieeinfallende Lichtintensitätunter Anwendung der Phantomprobe 30A (d. h. zum Zeitpunktder Kalibrierung) ausgeführtwird, und den elektrischen StrömenCmeas1, Cmeas2, Cmeas3, die lichtemittierenden Elementen eingeprägt werden,wenn die Abschwächungdes lebenden Körpersgemessen wird, d. h. zum Zeitpunkt der Messung), auftreten. Wenn dieVorrichtung eine Schaltungskonfiguration aufweist, die ein Einstellendurch Änderungdes elektrischen Stromes fürdas lichtemittierende Element ermöglicht, um eine optimale durchgelasseneLichtintensitätzu erreichen, nehmen die einfallenden Lichtintensitäten liA1,liA2, liA3 Werte an, die in Übereinstimmungmit den elektrischen Stromwerten, die den lichtemittierenden Elementeneingeprägtwerden, korrigiert worden sind. Hierbei werden liA1, liA2 und liA3durch die Gleichungen (26) bis (28) ausgedrückt.
    [0133] Selbst in diesem Schritt wird dieBerechnung der DC-AbschwächungenAdc1, Adc2, Adc3 fürjedes Pulssignal der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensitäten lt1,lt2, lt2, d. h. fürjeden Herzschlag, ausgeführt.
    [0134] Im nachfolgenden Schritt 4C berechnetdie CPU 140 die Konzentration eines Farbstoffs Cddc unterVerwendung der folgenden Gleichung (37), in der Φ12 und Φ13, die im Schritt 2C bestimmtwerden, und die DC-AbschwächungenAdc1, Adc2, Adc3, die im Schritt 3C bestimmt werden, als Variablenverwendet werden. Cddc= a11·Φ12 + b11·Φ13 + c11+ d11·Adc2/Adc1+ e11·Adc3/Adc1 (37)
    [0135] Die Koeffizienten a11 bis e11 derGleichung (37) sind Werte, die zuvor durch das Verfahren der kleinstenQuadrate zur Minimierung einer Differenz zwischen der Konzentrationeines Farbstoffes Cddc bestimmt wurden, indem eine gewisse Bevölkerung (z.B. mittels Daten, die sich auf 10 ausgewählte Personen beziehen) unterAnwendung der Gleichung (37) und der genauen Konzentration einesFarbstoffs Cds, die durch eine Blutprobe gemessen wird, berechnetwird.
    [0136] Um hierbei die vorteilhafte Wirkungder vorliegenden Vorrichtung zu zeigen, werden die Farbstoffkonzentration,die durch lediglich Anwendung der Abschwächungsvariationsverhältnisse Φ12 und Φ13 des Pulssignalsberechnet wird, und die Farbstoffkonzentration, die durch die Anwendungder Abschwächungsvariationsverhältnisse Φ12 und Φ13 und dieDC-AbschwächungenAdc1, Adc2, Adc3 der vorliegenden Vorrichtung berechnet wird, mitder Farbstoffkonzentration verglichen, die durch eine Blutprobeermittelt wird.
    [0137] Wenn lediglich die Abschwächungsvariationsverhältnisse Φ12 und Φ13 verwendetwerden, wird die Farbstoffkonzentration durch Gleichung (38) berechnet. Cdp = a12·Φ12 + b12·Φ13 + c12 (38)
    [0138] Die Koeffizienten a12, b12, c12,die in diesem Falle verwendet werden, werden ebenso im Voraus aufder Grundlage der Daten, die sich auf die Bevölkerung beziehen, in der gleichenWeise bestimmt, wie dies zuvor dargelegt ist. 10a zeigt eine Korrelation zwischen derFarbstoffkonzentration Cdp, die unter Anwendung der Gleichung (38)berechnet ist, und der Farbstoffkonzentration Cds, die durch dieBlutprobe gemessen wird. 10b zeigt eineKorrelation zwischen der Farbstoffkonzentration Cddc, die durchdie Vorrichtung mittels der Gleichung (37) bestimmt wird, und derFarbstoffkonzentration Cds, die mittels der Blutprobe gemessen wird.
    [0139] Wie aus einem Vergleich zwischenden Zeichnungen hervorgeht, wird eine Verbesserung in der Übereinstimmungzwischen der Farbstoffkonzentration, die durch die Vorrichtung bestimmtwird, und der Konzentration, die mittels der Blutprobe ermittelt wird,erreicht, indem die DC-Abschwächungenin die Gleichung mit aufgenommen werden.
    [0140] Ferner kann die folgende Gleichung(39) anstelle der Gleichung (37) benutzt werden. Cddc = a13·Φ12 + b13·Φ13 + c13+ d13·Adc1+ e13·dc2+ f13·Adc3 (39)
    [0141] Die Koeffizienten a13 bis f13 dieserGleichung wurden im Voraus in der gleichen Weise bestimmt, wie dieszuvor dargestellt ist.
    [0142] Es besteht eine konstante Umkehrkorrelationzwischen den DC-AbschwächungenAdc1, Adc2, Adc3 und den durchgelassenen DC-Lichtintensitäten DC1,DC2, DC3. Hierbei wird die gleiche Wirkung erzielt, wie sie durchAusführender Berechnung unter Verwendung der durchgelassenen DC-Lichtintensitäten in ihrennicht modifizierten Formen ohne Berechnung der Abschwächungenerreicht wird. In diesem Falle ist die durchgelassene DC-Lichtintensität proportionalzu der Intensitätdes auf die Sonde einfallenden Lichts. Daher müssen die einfallenden Lichtintensitäten korrigiertwerden, wobei diese entsprechend einem spezifischen Stromwert, derin die lichtemittierenden Elemente (LED's 20a, 20b und 20c) eingeprägt wird,normiert werden. Die korrigierten durchgelassenen DC-Lichtintensitäten Itcompfür dieWellenlängenwerden durch die folgenden Gleichungen (40) bis (42) berechnet. ltcomp1 = DC 1 (lical1/lstd1)(Cmeas1/Ccal1) (40)ltcomp2 = DC 2 (lical2/lstd2)(Cmeas2/Ccal2) (41)ltcomp3 = DC 3 (lical3/lstd3)(Cmeas3/Ccal3) (42)
    [0143] Hierbei bezeichnen DC1, DC2, DC3jeweils die gemessenen durchgelassenen DC-Lichtintensitäten; lical1, lical2, lical3bezeichnen die einfallenden Lichtintensitäten, die zum Zeitpunkt derKalibrierung berechnet werden; lstd1, lstd2, lstd3 bezeichnen jeweilsdie standardmäßigen einfallendenLichtintensitäten;Cmeas1, Cmeas2, Cmeas3 bezeichnen Stromwerte für die lichtemittierenden Elemente,die erhalten werden, wenn eine Messung an einen lebenden Körper durchgeführt wird;und Ccal1, Ccal2, Ccal3 bezeichnen entsprechende Stromwerte für die lichtemittierendenElemente, die zum Zeitpunkt der Kalibrierung der einfallenden Lichtintensitäten auftreten.
    [0144] Daher können die folgenden Gleichungen (43)und (44) anstelle der Gleichungen (37) und (39) verwendet werden. Cddc = a14·Φ12 + b14·Φ13 + c14+ d14·ltcomp1/Itcomp2+ e14·ltcomp1/Itcomp3 (43)Cddc = a15·Φ12 + b15·Φ13 + c15+ d15·ltcomp1+ e15·ltcomp2+ f15·ltcomp3 (44)
    [0145] Hierbei werden die Koeffizientena14 bis e14 in Gleichung (43) und die Koeffizienten a15 bis f15in Gleichung (44) im Voraus in der gleichen Weise und durch Anwendungvon Daten, die sich auf die Bevölkerungbeziehen, analog zu den zuvor erwähnten Daten, in der gleichenWeise bestimmt.
    [0146] Selbst in diesem Schritt wird dieBerechnung von Cddc fürjedes Pulssignal der pulsierenden durchgelassenen Lichtintensitäten lt1,lt2, lt3, d.h. für jedenHerzschlag, ausgeführt.Die CPU 140 speichert das auf diese Weise bestimmte Cddcin dem Speicher 150 und zeigt das Ergebnis auf dem Anzeigeabschnitt 160 an.
    [0147] Gemäß der Vorrichtung dieser Ausführungsformwird eine Farbstoffkonzentration durch Anwendung der DC-Abschwächung oderdurchgelassenen DC-Lichtintensität,die bei der ersten Wellenlänge von940 nm, bei der Licht durch Blut absorbiert wird, auftritt, durchdie Anwendung der DC-Abschwächung oderder durchgelassenen DC-Lichtintensität, die bei der zweiten Wellenlänge von805 nm auftritt, bei der Licht von Blut absorbiert wird, und durchdie Anwendung der DC-Abschwächungund der durchgelassenen DC-Lichtintensität, die bei der dritten Wellenlänge von660 nm auftritt, bei der Licht von Blut absorbiert wird, berechnet.Folglich wird die Dicke der gesamten Blutschicht, in einem zu messendenBereich vorhanden ist, berücksichtigt,wobei die Farbstoffkonzentration in genauer Weise gemessen werdenkann.
    [0148] In den obigen Ausführungsformensind die Fällebeschrieben, in denen die Intensität des auf den lebenden Körper eingestrahltenLichts geändertwerden, indem die elektrischen Ströme, die den lichtemittierendenElementen eingeprägtwerden, gesteuert werden. Die einfallenden Lichtintensitäten unddie durchgelassenen DC-Lichtintensitäten, die zu messen sind, können jedochin Übereinstimmungmit dem Wert einer Spannung korrigiert werden, indem die an dielichtemittierenden Elemente angelegte Spannung gesteuert wird, umdamit die Intensitätder Lichtstrahlen der lichtemittierenden Elemente zu ändern.
    1
    Start 1A Ermittelnvon Intensitätendes Lichtes, das auf einen lebenden Körper einfällt, wobei eine Phantomprobemit bekannten Abschwächungenfür entsprechendeWellenlängeverwendet wird 2A Messender Abschwächungsvariationen,die auf Grund der Blutpulsierung auftreten, für entsprechende Wellenlängen undErmitteln von deren Abschwächungsvariationsverhältnissen 3A Ermittelnder DC-Abschwächungenfür entsprechendeWellenlängen 4A Ermittelnder Hämoglobinkonzentrationauf der Grundlage eines Abschwächungsvariationsverhältnissesund den DC-Abschwächungen
    Ende
    7
    Start 1A Ermittelnvon Intensitätendes Lichtes, das auf einen lebenden Körper einfällt, wobei eine Phantomprobemit bekannten Abschwächungenfür entsprechendeWellenlängeverwendet wird 2A Messender Abschwächungsvariationen,die auf Grund der Blutpulsierung auftreten, für entsprechende Wellenlängen undErmitteln von deren Abschwächungsvariationsverhältnissen 3A Ermittelnder DC-Abschwächungenfür entsprechendeWellenlängen 4A Ermittelnder Karboxyhämoglobinkonzentrationauf der Grundlage eines Abschwächungsvariationsverhältnissesund den DC-Abschwächungen
    Ende
    9
    Start 1A Ermittelnvon Intensitätendes Lichtes, das auf einen lebenden Körper einfällt, wobei eine Phantomprobemit bekannten Abschwächungenfür entsprechendeWellenlängeverwendet wird 2A Messender Abschwächungsvariationen,die auf Grund der Blutpulsierung auftreten, für entsprechende Wellenlängen undErmitteln von deren Abschwächungsvariationsverhältnissen 3A Ermittelnder DC-Abschwächungenfür entsprechendeWellenlängen 4A Ermittelnder Farbstoffkonzentration auf der Grundlage eines Abschwächungsvariationsverhältnissesund den DC-Abschwächungen
    Ende
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Vorrichtung zum Messen einer Konzentration einerlichtabsorbierenden Subtanz im Blut, wobei die Vorrichtung umfasst: einenLichtsender, der Lichtstrahlen aussendet, um lebendes Gewebe zubestrahlen, wobei jeder der Lichtstrahlen eine Wellenlänge aufweist,die von dem Blut absorbiert wird; eine erste Einrichtung, diezur Messung erster Intensitätender Lichtstrahlen, die auf das lebende Gewebe einzustrahlen sind,ausgebildet ist; eine zweite Einrichtung, die zur Messung zweiterIntensitätender Lichtstrahlen, die durch das lebende Gewebe hindurchtreten,ausgebildet ist; eine erste Berechnungseinheit, die zur Berechnung einesSchwächungsvariationsverhältnisses,das ein Verhältnisvon Abschwächungsvariationender entsprechenden Lichtstrahlen auf Grund einer durch Pulsierungverursachten Variation des Blutvolumens ist, auf der Grundlage derzweiten Intensitätender Lichtstrahlen ausgebildet ist; und eine zweite Berechnungseinrichtung,die zur Berechnung der Konzentration auf der Grundlage der ersten Intensitäten, derzweiten Intensitätenund des Abschwächungsvariationsverhältnissesausgebildet ist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die zweiteBerechnungseinrichtung zur Berechnung von DC-Komponenten von Abschwächungender Lichtstrahlen auf der Grundlage der ersten Intensitäten undder zweiten Intensitätenausgebildet ist; und die zweite Berechnungseinrichtung zurErmittlung der Konzentration auf der Grundlage der DC-Komponentenund des Abschwächungsvariationsverhältnissesausgebildet ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei: die zweiteBerechnungseinrichtung zur Berechnung eines DC-Abschwächungsverhältnisses, das ein Verhältnis derDC-Komponenten ist, ausgebildet ist; und die zweite Berechnungseinheitzur Ermittlung der Konzentration auf der Grundlage des DC-Abschwächungsverhältnissesund des Abschwächungsvariationsverhältnissesausgebildet ist.
    [4] Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die zweiteBerechnungseinrichtung zur Berechnung von DC-Komponenten der Lichtstrahlen,die durch das lebende Gewebe laufen, auf der Grundlage der erstenIntensitätenund der zweiten Intensitätenausgebildet ist; und die zweite Berechnungseinrichtung zurErmittlung der Konzentration auf der Grundlage der DC-Komponentendes Abschwächungsvariationsverhältnisses ausgebildetist.
    [5] Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei: die zweiteBerechnungseinrichtung zur Berechnung eines DC-Transmissionsverhältnisses,das ein Verhältnisder DC-Komponenten ist, ausgebildet; und die zweite Berechnungseinrichtungzur Ermittlung der Konzentration auf der Grundlage des DC-Transmissionsverhältnissesund des Abschwächungsvariationsverhältnissesausgebildet ist.
    [6] Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Lichtsenderlichtemittierende Elemente und eine Steuerung umfasst, die einenWert eines Stromes oder einer Spannung, die den lichtemittierendenElementen zugeführtwerden, steuert; und die zweite Berechnungseinrichtung ausgebildetist, die ersten Intensitätenin Übereinstimmungmit dem Wert des Stromes oder der Spannung zu korrigieren.
    [7] Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die zweiteEinrichtung zur Messung dritter Intensitäten der Lichtstrahlen, diedurch eine Phantomprobe geleitet werden, die zwischen dem Lichtsenderund der zweiten Einrichtung angeordnet ist, ausgebildet ist; und dieerste Einrichtung zur Ermittlung der ersten Intensitäten aufder Grundlage der dritten Intensitäten ausgebildet ist.
    [8] Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei: die ersteEinrichtung einen Sensor aufweist, der erfasst, ob die Phantomprobezwischen dem Lichtsender und der zweiten Einrichtung angeordnetist; und die erste Einrichtung ausgebildet ist, die Berechnung zumErmitteln der ersten Intensitätenzu beginnen, wenn der Sensor erkennt, dass die Phantomprobe zwischendem Lichtsender und der zweiten Einrichtung angeordnet ist.
    [9] Vorrichtung zum Messen einer Konzentration einerlichtabsorbierenden Substanz im Blut, wobei die Vorrichtung umfasst: einenLichtsender, der ausgebildet ist, n Lichtstrahlen zur Bestrahlungeines lebenden Gewebes auszusenden, wobei jeder Lichtstrahl eineWellenlängeaufweist, die von dem Blut absorbiert wird; eine erste Einrichtung,die ausgebildet ist, n erste Intensitäten der Lichtstrahlen zu messen,die auf das lebende Gewebe einzustrahlen sind; eine zweiteEinrichtung, die ausgebildet ist, n zweite Intensitäten derLichtstrahlen, die das lebende Gewebe durchlaufen, zu messen; eineerste Berechnungseinrichtung, die ausgebildet ist, höchstensn-1 Abschwächungsvariationsverhältnisse,die ein Verhältnisvon Abschwächungsvariationender entsprechenden Lichtstrahlen auf Grund einer durch Pulsierungverursachten Variation des Blutvolumens darstellen, auf der Grundlageder zweiten Intensitätender Lichtstrahlen zu berechnen; und eine zweite Berechnungseinrichtung,die ausgebildet ist, höchstensn DC-Komponenten von Abschwächungender Lichtstrahlen auf der Grundlage der ersten Intensitäten undder zweiten Intensitätenzu berechnen und um die Konzentration auf der Grundlage der DC-Komponenten und derAbschwächungsvariationsverhältnissezu ermitteln, wobei n eine Ganzzahl größer gleich 3 ist.
    [10] Vorrichtung zum Messen einer Konzentration einerlichtabsorbierenden Substanz im Blut, wobei die Vorrichtung umfasst: einenLichtsender, der ausgebildet ist, n Lichtstrahlen zur Bestrahlunglebenden Gewebes auszusenden, wobei jeder der Lichtstrahlen eineWellenlängeaufweist, die von dem Blut absorbiert wird; eine erste Einrichtung,die ausgebildet ist, n erste Intensitäten der Lichtstrahlen, dieauf das lebende Gewebe einzustrahlen sind, zu messen; einezweite Einrichtung, die ausgebildet ist, n zweite Intensitäten derLichtstrahlen, die durch das lebende Gewebe durchlaufen, zu messen; eineerste Berechnungseinrichtung, die ausgebildet ist, höchstensn–1 Abschwächungsvariationsverhältnisse,die ein Verhältnisvon Abschwächungsvariationender entsprechenden Lichtstrahlen auf Grund einer durch Pulsierungverursachten Variation des Blutvolumens repräsentiert, auf der Grundlageder zweiten Intensitätender Lichtstrahlen zu berechnen; und eine zweite Berechnungseinrichtung,die ausgebildet ist, höchstensn DC-Komponenten von Intensitäten derLichtstrahlen, die durch das lebende Gewebe laufen, auf der Grundlageder ersten Intensitätenund der zweiten Intensitätenzu berechnen und die Konzentration auf der Grundlage der DC-Komponenten undder Abschwächungsvariationsverhältnissezu ermitteln, wobei n eine Ganzzahl größer gleich 3 ist.
    [11] Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lichtsenderausgebildet ist, einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge auszusenden,die von lebendem Gewebe, das kein Blut ist, absorbiert wird.
    [12] Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Lichtsenderausgebildet ist, einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge auszusenden,der von lebendem Gewebe, das kein Blut ist, absorbiert wird.
    [13] Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Lichtsenderausgebildet ist, einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge auszusenden,der von lebendem Gewebe, das kein Blut ist, absorbiert wird.
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