JP6667322B2

JP6667322B2 - パルスオキシメータプローブ

Info

Publication number: JP6667322B2
Application number: JP2016038183A
Authority: JP
Inventors: 茜和田; 西村　直樹; 直樹西村
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: JP2017153617A

Description

本発明は、パルスオキシメータプローブに関する。

パルスオキシメータは、光によって非観血的に動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）を計測するための医療機器であり、パルスオキシメータプローブは、その計測のために通常は指、足趾又は耳朶等の部位に装着されるよう構成されている（例えば特許文献１〜５参照）。このパルスオキシメータプローブには、装着部位に向けて例えば赤色光又は赤外光を発光する発光素子（例えば発光ダイオード）と、装着部位を透過した光を検出する受光素子（例えばフォトダイオード）と、が設けられている。パルスオキシメータは、透過光又は反射光の検出信号を用いて動脈血酸素飽和度の計測処理を行う信号処理回路を有し、この回路において、動脈血の脈拍に同期する光検出レベルの変動を赤色光の場合と赤外光の場合とで対比し、その比から動脈血酸素飽和度を算出する。なお、信号処理回路が内蔵されるパルスオキシメータ本体は、パルスオキシメータプローブと一体の場合もあるが、別体の場合もある。後者の場合、パルスオキシメータプローブは、ケーブルを介してパルスオキシメータ本体に接続される。

一般的なパルスオキシメータプローブとしては、指を上下から（つまり指の爪側及び腹側から）挟む構成を採るクリップ式のものが知られている。このパルスオキシメータでは、指を上下で挟むように構成される上下のハウジングのそれぞれの装着部分が上下で平行な状態、つまり上下のハウジングを閉じた状態において、上下のそれぞれのハウジングに、発光素子及び受光素子が垂直に位置する用に配置されている。パルスオキシメータプローブを指に装着することで、発光素子及び受光素子間に指を介在させて、動脈血酸素飽和度を計測する。

特開平７−１５５３１１号公報特開平７−２３６６２５号公報特開平１１−１８８０１９号公報特開２００４−３２９６０７号公報特開２００９−６６１１９号公報

クリップ式のパルスオキシメータプローブでは、装着部位である指は被検者に応じてその太さが異なるため、上下のハウジングは、指を挟む先端側が開閉するように、基端部側で互いに枢着するとともに、上下方向に平行移動可能に構成される。

しかしながら、実際に使用する際には、パルスオキシメータでは、上下のハウジングを開いた状態で指に装着すると、上下のハウジングは、付勢力に抗して上下方向に移動することはなく、結果、V字状に開口した状態で装着されることが多い。これにより、発光素子と受光素子は、一方に対して他方が傾斜した状態、つまり、双方の位置が垂直な位置関係にはならず、発光素子から垂直に出る光は受光素子とずれた位置に届くことになる。
よって、クリップ式のパルスオキシメータプローブにおいて、実際に動脈血酸素飽和度を計測する際には、より好適に正確な計測を可能にしたいという要望があった。

本発明の目的は、クリップ式であっても、より精度良く、動脈血酸素飽和度を計測できるパルスオキシメータプローブを提供することである。

本発明のパルスオキシメータプローブの一つの態様は、
互いの間に被検者の測定部位の収容部を形成し、前記収容部の入口をなす先端部同士が接近離反するように後端部側の軸を介して開閉自在に連結され、前記収容部を挟んで発光部と受光部とが対向配置される一対のハウジングと、
前記先端部同士を閉じる方向に付勢する付勢部材と、を有し、
前記一対のハウジングは、前記先端部同士を閉じた状態では互いに平行であり、
前記発光部及び前記受光部は、前記一対のハウジングが平行であるとき前記発光部の光軸が前記受光部の中心から外れており、前記先端部同士が開くにつれて前記光軸が前記受光部の中心に向けて移動するように、前記一対のハウジングのそれぞれに配置されている、構成を採る。

本発明によれば、クリップ式であっても、より精度良く、動脈血酸素飽和度を計測できるパルスオキシメータプローブを実現できる。

本発明の一実施の形態に係るパルスオキシメータプローブの外観を示す図同プローブの閉状態を示す斜視図同プローブの開状態を示す斜視図図２のＡ−Ａ線矢視断面図指に装着した状態のプローブの発光部と受光部の位置関係を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るパルスオキシメータプローブ（以下、単に「プローブ」という）の外観を示す図であり、図１Ａは右から見た図、図１Ｂは下から見た図であり、図２は、同プローブの閉状態を示す斜視図であり、図３は、同プローブの開状態を示す斜視図である。

図１に示すプローブ１０は、パルスオキシメータ本体（図示せず）に接続可能なコネクタ２０を備えたケーブル３０付きのタイプである。

プローブ１０は、一対のハウジング１１、１２を有するクリップ式のプローブである。プローブ１０は、ハウジング１１、１２により、被検者の指に装着して、動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）を計測するプローブとして説明する。これに伴い、指の爪側の面を上として、爪側から指を挟むハウジング１１を上ハウジング１１と称し、指の腹を下として、指の腹側から指を挟むハウジング１２を下ハウジング１２と称して説明する。

上ハウジング１１及び下ハウジング１２の各後端部１１ａ、１２ａは、クリップの開閉を操作するための開閉操作部１３を構成する。上ハウジング１１及び下ハウジング１２は、後端部１１ａ、１２ａ側で互いに揺動可能に連結されており、先端部１１ｂ、１２ｂ同士が接近離反して開閉自在となっている（図２、図３参照）。これにより、ユーザ（検査者、被検者自身であっても良い。）が開閉操作部１３をつまむと、上ハウジング１１及び下ハウジング１２の各先端部１１ｂ、１２ｂ側が開く。これにより、指挿入口１５側から被検者の指を上ハウジング１１及び下ハウジング１２の間に挿入することが可能となる。上ハウジング１１及び下ハウジングは、互いの間に被検者の測定部位の収容部を形成する。

図４は、図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。

上ハウジング１１及び下ハウジング１２は、連結部１４を介して互いに揺動自在で、且つ、対向方向（垂直方向）に平行移動可能に連結される。ここでは、連結部１４は、上ハウジング１１の後端部１１ａ側で上ハウジング１１の幅方向（図では水平方向）に突出して設けられた軸部１４１と、下ハウジング１２の後端部１２ａ側で、長手方向に沿って立設されたガイド壁部１４２とを有する。ガイド壁部１４２には、ガイド孔１４３が形成され、このガイド孔１４３に、軸部１４１が上下方向及び揺動方向自在に遊嵌する。なお、上述の長手方向とは、上ハウジング１１および下ハウジング１２の長手方向であり、上ハウジング１１および下ハウジング１２間に挿入される測定部位である指の挿入方向と同じ方向を意味する。

また、図４に示すように、上ハウジング１１及び下ハウジング１２の間には、付勢部材としてのコイルばね１６が、上ハウジング１１及び下ハウジング１２の各先端部１１ｂ、１２ｂ側が開いたときに、これらを閉じさせる復帰力が働くように、巻設されている。このようにコイルばね１６は、先端部１１ｂ、１２ｂ同士を閉じる方向に付勢している。よって、上ハウジング１１及び下ハウジング１２の間に被検者の指を挿入した後、ユーザが開閉操作部１３を放すと、コイルばね１６の力により上ハウジング１１及び下ハウジングの各先端部１１ｂ、１２ｂ側が閉じ、被検者の指が挟持される。このとき後端部１１ａ、１２ａ同士は、垂直方向に平行移動可能である。

なお、指挿入口１５に指を挿入するときは、指の爪側を上ハウジング１１に向け、指の腹側を下ハウジング１２に向ける。よって、上ハウジング１１及び下ハウジング１２は、被検者の指をその指の爪側及び腹側から挟むに適した構成となっている。

上ハウジング１１及び下ハウジング１２は、発光部５１と、受光部５２と、上下表面部材６１、６２と、を有する。

発光部５１及び受光部５２は、上ハウジング１１及び下ハウジング１２のそれぞれに設けられる。発光部５１及び受光部５２は、収納部を挟み対向して配置されている。発光部５１は、例えば発光ダイオード等の発光素子により構成され、受光部５２は、例えばフォトダイオード等の受光素子により構成される。発光部５１は、挟まれた指に向けて赤色光又は赤外光を発光するものであり、受光部５２は、挟まれた指を透過した赤色光又は赤外光を検出するものである。発光部５１は、図４に示すように上ハウジング１１及び下ハウジング１２の先端部１１ｂ、１２ｂ同士を閉じた状態（閉状態）では、発光部５１の光軸が、受光部５２の中心から外れる位置に配置されている。なお、発光部５１と受光部５２との位置関係についての詳細は後述する。

発光部５１は、上ハウジング１１に埋設され、受光部５２は、下ハウジングに埋設されている。なお、発光部５１を下ハウジング１２に埋設し、受光部５２を上ハウジング１１に埋設しても良い。

上ハウジング１１及び下ハウジング１２は、それぞれの後端部１１ａ、１２ａ側で連結部１４を有する上下本体部３１、３２を有し、上本体部３１に上表面部材６１が取り付けられ、下本体部３２に下表面部材６２が取り付けられている。

各本体部３１、３２は、比較的硬質のプラスチック成形体である。上本体部３１は、上ハウジング１１の後端部１１ａ及び軸部１４１を有し、下本体部３２は、下ハウジング１２の後端部１１ａ及びガイド壁部１４２を有する。

上下表面部材６１、６２は、上ハウジング１１及び下ハウジング１２において、挟まれた被検者の指と接触する表面層に設けられている。

上下表面部材６１、６２は、比較的軟質の部材で構成されていることが望ましく、本実施の形態では、上表面部材６１が、例えばシリコンゴム等、弾性を有する樹脂材料から形成されている。

上下表面部材６１、６２は、発光部５１及び受光部５２がそれぞれ配置される測定面部６１１、６２１を有し、表面部材６１及び表面部材６２の少なくとも一方（例えば、表面部材６１）は、測定面部（例えば、測定面部６２１）よりも突出して測定部位を挟持する突出面部（例えば、突出面部６１２）を有する。突出面部６１は、指挿入口１５から収容部に挿入される指（測定部位）を、先端部１１ｂ、１２ｂ同士が閉じられるときに他方のハウジングである下ハウジング１２とともに挟持する。本実施の形態では、表面部材６１及び表面部材６２の双方に突出面部６１２、６２２が形成されている。

上下表面部材６１、６２はいずれも、挟まれる指の形状に合わせて湾曲する凹部６１０及び凹部６２０を有する。この凹部６１０、６２０は、ハウジング長手方向に沿って延在している。

これら凹部６１０、６２０の表面層で、測定面部６１１、６２１と突出面部６１２、６２２とを構成する。したがって、ここでは、測定面部６１１、６２１と突出面部６１２、６２２の表面、つまり、上下ハウジング１１、１２の先端部１１ｂ、１２ｂ側の内面は、装着部位である指形状に対応した凹状となっている。

測定面部６１１、６２１は、上ハウジング１１及び下ハウジング１２が閉じた状態では、指挿入口１５より奥側に上下で対向して配置される（図４参照）。

測定面部６１１、６２１の凹状の底面部分には、それぞれ発光部５１と、受光部５２とが、発光部５１が発する光を受光部５２で受光できるように配置される。

ここでは、発光部５１と受光部５２は、上ハウジング１１及び下ハウジング１２を開き、測定部位に装着した際に相対するように、上ハウジング１１及び下ハウジング１２を閉じた状態では、測定部位を挿入する方向に異なる位置に配置される。受光部５２は、上ハウジング１１及び下ハウジング１２が閉じた状態において、挿入方向において、発光部５１よりも指挿入口１５側に位置する。

図５は、指に装着した状態のプローブの発光部と受光部の位置関係を示す図である。

発光部５１及び受光部５２は、発光部５２の光軸Ｌが、先端部１１ｂ、１２ｂ同士を閉じた状態では受光部５２の中心から外れており、先端部１１ｂ、１２ｂ同士を開くにつれて受光部５２の中心に向けて移動する、配置関係を有する。

発光部５１及び受光部５２は、上ハウジング１１及び下ハウジング１２のそれぞれに対して以下の様に配置される。

図５に示すように、上ハウジング１１及び下ハウジング１２を開き、被検者に装着して実際の測定部位である指先でＳｐＯ_２を計測する際に、発光部５１の光軸Ｌが、受光部５２の受光面の領域に入る位置に配置される。具体的には、指に装着された上ハウジング１１および下ハウジング１２の開状態において、発光部５１から発光面に対して垂直方向に発する光が、受光面に入光する位置に受光部５２が配置される。より好ましくは、上ハウジング１１および下ハウジング１２を指に装着した開状態において、発光部５１の発光面に対して垂直方向の光が受光部５２の受光面の中央に入光するように発光部５１及び受光部５２は配置される。閉状態で発光部５１と受光部５２とが上ハウジング１１及び下ハウジング１２の長手方向である指の挿入方向において異なる位置で対向するように位置させる。また、発光部５１の光軸Ｌは、先端部１１ｂ、１２ｂ同士を閉じた状態では受光部６２の面に対して垂直（図４参照）であり、受光部５２の中心に向くとき、垂直の方向に対して８°〜１６°の角度θを成す。より好ましくは、θは、９°〜１５°の範囲内の角度である。ここでは、発光部５１と受光部５２とは、それぞれ表面部材６１、６２の測定面部６１１、６２１において、θが略１２°となる位置関係を有するように配設される。

すなわち、発光部５１と受光部５２との位置関係は、図４に示す閉状態において、発光部５１の光軸Ｌと、受光部５２で受光する受光部分の中心の傾き角度θが８°〜１６°内の角度となるように配置されるといってもよい。θの範囲、実値は上述した範囲と同様であるので説明は省略する。

パルスオキシメータを装着する装着部位を指とする場合、パルスオキシメータの発光部及び受光部の間に位置される被検部位で最もＳｐＯ_２を検出し易い部位は、爪の付け根近傍であることが知られている。特に指先では、動脈と静脈とが幅方向の両側部分を通り指先で繋がるので、指先を潰すことで低灌流状態にならないようにして、爪の付け根部分の動脈血酸酸素飽和濃度を測定することが好ましい。

測定面部６１１、６２１は、これら指先を囲むように収容する位置に配置されており、発光部５１は、指先の爪の付け根に対応する位置に配置されることが望ましい。

測定面部６２１は、測定部位の下面である指の腹に当接する。

突出面部６１２、６２２は、上ハウジング１１及び下ハウジング１２が測定部位に装着された際に、測定部位において被検部位を避けた位置で測定部位を挟持する。

突出面部６１２、６２２は、それぞれ測定面部６１１、６２１と指挿入口１５側で、曲面で連続して配置されている。ここでは、突出面部６１２、６２２は、指挿入口１５を上下で仕切る上下の開口縁を形成している。

突出面部６１２、６２２は、凹部６１０、６２０に形成されているので、それぞれ断面凹状の帯状表面となっており、測定面部６１１、６２１よりも装着部位である指に密着しやすい。

上下表面部材６１、６２のそれぞれにおいて、突出面部６１２、６２２間の距離は、測定面部６１１、６２１間の距離よりも近くなるため、装着部位である指（挿入された指）を、測定面部６１１、６２１よりも部分的に強く押圧する。

また、測定面部６１１の表面から突出面部６１２の表面までの高さは、測定面部６２１の表面から突出面部６２２の表面までの高さよりも高い。ここでは、上表面部材６１は、弾性を有する樹脂材料によって変形可能であり、相対的に柔らかい材料で形成される場合、指に装着して表面部材６１が潰れても突出面部６１２で指を挟持できる。

また、本実施の形態のプローブ１０では、図５に示すように、突出面部６１２、６２２は、測定部位として装着される指の第１関節Ｋ１若しくは、当該第１関節Ｋ１と第２関節Ｋ２との間に位置するように対応して配置されている。

このため、プローブ１０が指に装着された状態では、突出面部６１２、６２２が、コイルばね１６により測定部位に当接する部分で、測定部位を挟むこととなり、測定部位は、測定面部６１１、６２１間よりも、突出面部６１２、６２２で挟まれ保持された状態となる。また、突出面部６１２、６２２は、指が抜脱方向に移動する際に、指の第１関節Ｋ１に掛止する機能も有する。これにより、上下ハウジング１１、１２は、装着された指から抜けにくくなる。

プローブ１０では、上ハウジング１１及び下ハウジング１２を、それぞれの先端部１１ｂ、１２ｂ同士を、互いに離間する方向、つまり、上下方向に移動させる。そして、指を指挿入口１５から上ハウジング１１および下ハウジング１２間に挿入して、被験部位である指先を測定面部６１２、６２２間に位置させて、上ハウジング１１および下ハウジング１２を閉じて、プローブ１０を指に装着する。なお、測定面部６１２、６２２間に位置する指は、発光部５１および受光部５２間に配置される。上ハウジング１１及び下ハウジング１２を、後端部１１ａ、１２ａ側で互いに揺動してＶ字状に開いた状態において、測定面部６１１、６２１間に配置された指が太い場合、連結部１４側、つまり奥側に配置される指先は、連結部１４で結合される上ハウジング１１および下ハウジング１２の後端部１１ａ、１２ａを、上下方向に、相対的に離間するように押圧する。すると、コイルばね１６の付勢力に抗して軸部１４１がガイド孔１４３内で上下方向に移動し、上ハウジング１１および下ハウジング１２は上下方向に平行移動させる。これにより、指の太さ（測定部位の大きさ）に関わらず、上ハウジング１１および下ハウジング１２は指（装着部位）に装着される。

また、主に図３に示すように、上ハウジング１１の上表面部材６１は、凹部６１０の左右両端部６１ａから下方側に立設された一対の壁部６１ｂをさらに有し、下ハウジング１２の下表面部材６２は、凹部６２０の左右両端部６２ａから上方側に立設された一対の壁部６２ｂをさらに有する。

図３から分かるように、上ハウジング１１において形成された壁部６１ｂ及び下ハウジング１２において形成された壁部６２ｂはそれぞれ、凹部６１０、６２０に沿って、上ハウジング１１及び下ハウジング１２の長手方向に延設されている。壁部６１ｂは、上ハウジング１１側（発光部５１側）の遮光性（つまり外光乱入防止）を確保し、壁部６２ｂは、下ハウジング１２側（受光部５２側）の遮光性を確保する。

また、下ハウジング１２において形成された壁部６２ｂは、凹部６２０側に湾曲して傾けられている。これにより、表面部材６２の表面上を滑らせるようにして指挿入口１５側から連結部１４側へ指を挿入（図５参照）させると、進入する指によって壁部６２ｂが外側に押し広げられる。このとき、壁部６２ｂがその弾性により元の位置に戻ろうとする復帰力が発生する。この力は、壁部６２ｂと接触している指を左右から支持する力として働くこととなるため、指を左右方向にずれにくくできる。壁部６２ｂが指に密着することで、指の挿抜方向（言い換えればハウジング長手方向）での指の位置ズレも生じにくくすることができる。すなわち、プローブ１０の装着安定性を向上させることができる。また、これにより外光の乱入も安定的に抑制させることができるようになることもあり、結果として動脈血酸素飽和度の計測精度を著しく向上させることができる。

なお、下表面部材６２の奥側端部には、それ以上の指の進入を阻止する壁部６２ｆ（図４参照）が形成されているため、挿入された指の位置決めを行うことができる。

なお、凹部６１０の左右両端部６１ａから下方に延在する壁部６１ｂは、図３に示すように、凹部６２０の左右両端部６２ａから上方に延在する壁部６２ｂの外側に配置されている。そのため、壁部６２ｂによる指の支持が壁部６１ｂで妨げられることはない。

また、上ハウジング１１および下ハウジング１２を、それぞれの先端部１１ｂ、１２ｂ同士が離間する方向、つまり、上下方向に移動して開状態にして、上ハウジング１１および下ハウジング１２間に指を装着する。この場合、開状態の上ハウジング１１および下ハウジング１２の後端部１１ａ、１２ａ間同士を離間させるような太い指が測定面部６１１、６２１間に挿入される場合がある。この場合では、指が奥側、つまり連結部１４側に挿入し、測定面部６１１、６２１間へ侵入すると、連結部１４の軸部１４１がコイルばね１６の付勢力に抗して、ガイド孔内１４３で上下方向に移動する。これにより連結部１４で結合される上ハウジング１１および下ハウジング１２の後端部１１ａ、１２ａ側は、上下方向に、相対的に離間する方向に移動して、ハウジング１１および下ハウジング１２は上下方向に平行移動する。これにより、指の太さに関わらず、上ハウジング１１および下ハウジング１２は指に装着される。

本実施の形態のプローブ１０では、発光部５１と受光部５２は、発光部５１の光軸Ｌが、先端部１１ｂ、１２ｂ同士を閉じた状態では受光部５２の中心から外れており、先端部１１ｂ、１２ｂ同士を開くにつれて受光部５１の中心に向けて移動する。
この位置関係における発光部５１及び受光部５２は、ハウジング１１、１２の先端部１１ｂ、１２ｂを閉じた状態で、発光部５１は上ハウジング１１に、受光部５２は下ハウジング１２にそれぞれ、被検者の指（測定部位）の収容部への挿入方向において異なる位置で対向配置されている。

これにより、上ハウジング１１および下ハウジング１２を開いて測定部位である指に装着した際に、発光部５１から、発光面に対して垂直方向に発し、指を透過した光は、正確に受光部５２に多く入光するので、クリップ式であっても、より精度良く、動脈血酸素飽和度を計測できる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係るパルスオキシメータプローブは、より精度良く、動脈血酸素飽和度を計測できる効果を有し、特に、クリップ式のパルスオキシメータプローブとして有用である。

１０プローブ（パルスオキシメータプローブ）
１１上ハウジング
１２下ハウジング
１３開閉操作部
１４連結部
１５指挿入口
１６コイルばね
２０コネクタ
３１上本体部
３２下本体部
５１発光部
５２受光部
６１上表面部材
６２下表面部材
１１ａ、１２ａ後端部
１１ｂ、１２ｂ先端部
１４１軸部
１４２ガイド壁部
１４３ガイド孔
６１０、６２０凹部
６１１、６２１測定面部
６１２、６２２突出面部

Claims

互いの間に被検者の測定部位の収容部を形成し、前記収容部の入口をなす先端部同士が接近離反するように後端部側の軸を介して開閉自在に連結され、前記収容部を挟んで発光部と受光部とが対向配置される一対のハウジングと、
前記先端部同士を閉じる方向に付勢する付勢部材と、を有し、
前記一対のハウジングは、前記先端部同士を閉じた状態では互いに平行であり、
前記発光部及び前記受光部は、前記一対のハウジングが平行であるとき前記発光部の光軸が前記受光部の中心から外れており、前記先端部同士が開くにつれて前記光軸が前記受光部の中心に向けて移動するように、前記一対のハウジングのそれぞれに配置されている、
パルスオキシメータプローブ。
前記発光部は、前記先端部を閉じた状態で、前記収容部への挿入方向において前記受光部よりも前記後端部側に配置されている、
請求項１に記載のパルスオキシメータプローブ。
前記受光部の中心は、前記一対のハウジングが平行であるとき、前記光軸が前記受光部を有する面に対して垂直に交わる位置から８°〜１６°の角度を成す位置に配置されている、
請求項２記載のパルスオキシメータプローブ。