生物信号测定系统和生物信号测定装置.pdf

一种生物信号测定系统，包括：光发射器，该光发射器发射第一光束和第二光束；光接收器，该光接收器根据穿过被检者的活组织或从被检者的活体反射的所述第一和第二光束的光强度，输出第一和第二信号；第一计算部，该第一计算部根据所述第一信号获取所述第一光束的光衰减并根据所述第二信号获取所述第二光束的光衰减；第二计算部，该第二计算部根据所述第一和第二光束的光衰减来获取血液来源的光衰减；第三计算部，该第三计算部根据伴有所述活组织压迫的血液来源的光衰减的变化量，来获取与血氧饱和度相关的信息；以及输出部，该输出部输出所述获取的信息。

权利要求书
1.  一种生物信号测定系统，包括：
光发射器，该光发射器构造成发射具有第一波长的第一光束和具有第二波长的第二光束；
光接收器，该光接收器构造成根据穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射的所述第一和第二光束的接收光强度，分别输出第一和第二信号；
第一计算部，该第一计算部构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减；
第二计算部，该第二计算部构造成根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减，来获取血液来源的光衰减；
第三计算部，该第三计算部构造成根据所述血液来源的光衰减的变化量，来获取与血氧饱和度相关的信息，所述血液来源的光衰减的变化量与所述活组织的压迫相关；以及
输出部，该输出部构造成输出所获取的信息。

2.  根据权利要求1所述的生物信号测定系统，其中
所述第三计算部根据所述血液来源的光衰减的变化的增加或减少，来鉴定所述血氧饱和度相对于基准值的水平。

3.  根据权利要求1或权利要求2所述的生物信号测定系统，其中
当所述血液来源的光衰减的变化量大于预定值时，自动开始由所述第三计算部进行的所述信息的获取。

4.  根据权利要求1至3任一项所述的生物信号测定系统，还包括：
指套，该指套可装于所述被检者，以便压迫所述活组织；以及
指套压力控制部，该指套压力控制部构造成控制所述指套内的空气压力。

5.  一种生物信号测定装置，包括：
信号接收部，该信号接收部构造成接收与第一光束的强度相对应的第一信号，以及接收与第二光束的强度相对应的第二信号；该第一光束穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射，并具有第一波长；该第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第二波长；
第一计算部，该第一计算部构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减；
第二计算部，该第二计算部构造成根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减来获取血液来源的光衰减；
第三计算部，该第三计算部构造成根据所述血液来源的光衰减的变化量，来获取与血氧饱和度相关的信息，所述血液来源的光衰减的变化量与所述活组织压迫相关；以及
输出部，该输出部构造成输出所获取的信息。

6.  一种控制生物信号测定装置的方法；所述装置包括信号接收部，该信号接收部构造成接收与第一光束的强度相对应的第一信号，以及接收与第二光束的强度相对应的第二信号；所述第一光束穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射，并具有第一波长；所述第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第二波长；所述方法包括：
根据所述第一信号获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号获取所述第二光束的光衰减；
根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减来获取血液来源的光衰减；
根据所述血液来源的光衰减的变化量，来获取与血氧饱和度相关的信息，所述血液来源的光衰减的变化量与所述活组织压迫相关；以及
输出所获取的信息。

7.  一种程序，该程序使计算机执行权利要求6所述的方法。

8.  一种永久性计算机可读记录介质，该永久性计算机可读记录介质储存有使计算机执行权利要求6所述的方法的程序。

9.  一种生物信号测定系统，包括：
光发射器，该光发射器构造成发射具有第一波长的第一光束、具有第二波长的第二光束和具有第三波长的第三光束；
光接收器，该光接收器构造成根据穿过被检者的活组织或从其反射的所述第一、第二和第三光束的接收光强度，分别输出第一、第二和第三信号；
第一计算部，该第一计算部构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减，并根据所述第三信号来获取所述第三光束的光衰减；
第二计算部，该第二计算部构造成根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第一组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第一光衰减，并根据选自所述第一光束的光衰减、所述第二光束的光衰减和所述第三光束的光衰减的第二组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第二光衰减；
第三计算部，该第三计算部构造成根据所述血液来源的第一光衰减和所述血液来源的第二光衰减，来鉴定血氧饱和度；以及
输出部，该输出部构造成输出所鉴定的血氧饱和度。

10.  根据权利要求9所述的生物信号测定系统，还包括监测部，该监测部构造成使所述第三计算部定期地鉴定所述血氧饱和度。

11.  根据权利要求9或权利要求10所述的生物信号测定系统，还包括：
第一指套，该第一指套可装于所述被检者，以便压迫所述活组织的血流上游侧；以及
指套压力控制部，该指套压力控制部构造成控制所述第一指套内部的空气压力。

12.  根据权利要求10或权利要求11所述的生物信号测定系统，其中
所述监测部通过所述输出部报告压迫所述活组织的定时。

13.  根据权利要求11所述的生物信号测定系统，还包括第二指套，该第二指套以使该第二指套能够压迫所述活组织的方式装于所述被检者，其中
所述指套压力控制部在预定定时控制所述第二指套内部的空气压力。

14.  一种生物信号测定装置，包括：
信号接收部，该信号接收部构造成接收与第一光束的强度相对应的第一信号，接收与第二光束的强度相对应的第二信号，以及接收与穿过所述活组织或从所述活组织反射并具有第三波长的第三光束的强度相对应的第三信号；所述第一光束穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射，并具有第一波长；所述第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第二波长；所述第三光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第三波长；
第一计算部，该第一计算部构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减，并根据所述第三信号来获取所述第三光束的光衰减；
第二计算部，该第二计算部构造成根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第一组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第一光衰减，并根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述 第三光束的所述光衰减的第二组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第二光衰减；
第三计算部，该第三计算部构造成根据所述血液来源的第一光衰减和所述血液来源的第二光衰减，来鉴定血氧饱和度；以及
输出部，该输出部构造成输出所鉴定的血氧饱和度。

15.  一种控制生物信号测定装置的方法，所述装置包括信号接收部，该信号接收部接收与第一光束的强度相对应的第一信号，接收与第二光束的强度相对应的第二信号，以及接收与第三光束的强度相对应的第三信号；所述第一光束穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射，并具有第一波长；所述第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第二波长；所述第三光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第三波长；所述方法包括：
根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减，并根据所述第三信号来获取所述第三光束的光衰减；
根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第一组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第一光衰减，并根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第二组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第二光衰减；
根据所述血液来源的第一光衰减和所述血液来源的第二光衰减，来鉴定血氧饱和度；以及
输出所鉴定的血氧饱和度。

16.  一种程序，该程序使计算机执行权利要求15所述的方法。

17.  一种永久性计算机可读记录介质，该永久性计算机可读记录介质储存有使计算机执行权利要求15所述的方法的程序。

说明书生物信号测定系统和生物信号测定装置
与相关申请的交叉引用
本申请是基于2013年1月31日提交的在先日本专利申请No.2013-017230并要求其优先权利益，所述专利申请的全部内容通过参考并入本文。
技术领域
本公开的主题内容涉及生物信号测定系统，更具体来说涉及用于根据从作为活体的实例的被检者获取的生物信号，来鉴定血氧饱和度的系统。本公开的主题内容还涉及在所述系统中使用的生物信号测定装置。
背景技术
血液氧合程度的测定，对于判断血液是否足以供应到活组织来说是重要的。动脉血氧合程度、即动脉血氧饱和度，可以使用脉搏血氧计容易地测定。然而，在包括静脉血的全血氧合程度、即血氧饱和度的测定中，通常使用NIRS（Near InfraRed Spectroscopy：近红外光谱术）传感器（例如，参见美国专利No.6,213,952）。
在使用NIRS传感器进行测定的情形中，穿过活组织的多个近红外光束的光程长度随着波长而变，并且测定结果含有由除了血液之外的组织（皮肤等）（在后文中，这样的组织称为非血液组织）引起的光衰减所造成的影响。因此，尽管可以获得关于血氧饱和度的定性了解，但不可能获得定量测定值。
发明内容
本公开的主题内容可以提供一种技术，其中，通过简单方法即可 获取与血氧饱和度相关的信息。
可以提供一种生物信号测定系统，包含：光发射器，该光发射器构造成发射具有第一波长的第一光束和具有第二波长的第二光束；光接收器，该光接收器构造成根据穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射的所述第一和第二光束的接收光强度，分别输出第一和第二信号；第一计算部，该第一计算部构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减；第二计算部，该第二计算部构造成根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减，来获取血液来源的光衰减；第三计算部，该第三计算部构造成根据所述血液来源的光衰减的变化量，来获取与血氧饱和度相关的信息，所述血液来源的光衰减的变化量与所述活组织的压迫相关；以及输出部，该输出部构造成输出所获取的信息。
所述第三计算部根据所述血液来源的光衰减的变化的增加或减少，来鉴定所述血氧饱和度相对于基准值的水平。
当所述血液来源的光衰减的变化量大于预定值时，自动开始由所述第三计算部进行的所述信息的获取。
所述生物信号测定系统可以还包括：指套，该指套可装于所述被检者，以便压迫所述活组织；以及指套压力控制部，该指套压力控制部构造成控制所述指套内的空气压力。
可以提供一种生物信号测定装置，包括：信号接收部，该信号接收部构造成接收与第一光束的强度相对应的第一信号，以及接收与第二光束的强度相对应的第二信号，该第一光束穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射，并具有第一波长，该第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第二波长；第一计算部，该第一计算 部构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减；第二计算部，该第二计算部构造成根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减来获取血液来源的光衰减；第三计算部，该第三计算部构造成根据所述血液来源的光衰减的变化量，来获取与血氧饱和度相关的信息，所述血液来源的光衰减的变化量与所述活组织压迫相关；以及输出部，该输出部构造成输出所获取的信息。
可以提供一种控制生物信号测定装置的方法；所述装置包括信号接收部，该信号接收部构造成接收与第一光束的强度相对应的第一信号，以及接收与第二光束的强度相对应的第二信号；所述第一光束穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射，并具有第一波长；所述第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第二波长；所述方法包括：根据所述第一信号获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号获取所述第二光束的光衰减；根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减来获取血液来源的光衰减；根据所述血液来源的光衰减的变化量，来获取与血氧饱和度相关的信息，所述血液来源的光衰减的变化量与所述活组织压迫相关；以及输出所获取的信息。
可以提供一种程序，该程序使计算机执行所述方法。
可以提供一种永久性计算机可读记录介质，该永久性计算机可读记录介质储存有使计算机执行所述方法的程序。
可以提供一种生物信号测定系统，包括：光发射器，该光发射器构造成发射具有第一波长的第一光束、具有第二波长的第二光束和具有第三波长的第三光束；光接收器，该光接收器构造成根据穿过被检者的活组织或从其反射的所述第一、第二和第三光束的接收光强度，分别输出第一、第二和第三信号；第一计算部，该第一计算部构造成 根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减，并根据所述第三信号来获取所述第三光束的光衰减；第二计算部，该第二计算部构造成根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第一组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第一光衰减，并根据选自所述第一光束的光衰减、所述第二光束的光衰减和所述第三光束的光衰减的第二组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第二光衰减；第三计算部，该第三计算部构造成根据所述血液来源的第一光衰减和所述血液来源的第二光衰减，来鉴定血氧饱和度；以及输出部，该输出部构造成输出所鉴定的血氧饱和度。
所述生物信号测定系统还包括监测部，该监测部构造成使所述第三计算部定期地鉴定所述血氧饱和度。
所述生物信号测定系统还包括：第一指套，该第一指套可装于所述被检者，以便压迫所述活组织的血流上游侧；以及指套压力控制部，该指套压力控制部构造成控制所述第一指套内部的空气压力。
所述监测部通过所述输出部报告压迫所述活组织的定时。
所述生物信号测定系统还包括第二指套，该第二指套以使该第二指套能够压迫所述活组织的方式装于所述被检者，并且所述指套压力控制部在预定定时控制所述第二指套内部的空气压力。
可以提供一种生物信号测定装置，包括：
信号接收部，该信号接收部构造成接收与第一光束的强度相对应的第一信号，接收与第二光束的强度相对应的第二信号，以及接收与穿过所述活组织或从所述活组织反射并具有第三波长的第三光束的强度相对应的第三信号，所述第一光束穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射，并具有第一波长，所述第二光束穿过所述活组织或从 所述活组织反射，并具有第二波长，所述第三光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第三波长；第一计算部，该第一计算部构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减，并根据所述第三信号来获取所述第三光束的光衰减；第二计算部，该第二计算部构造成根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第一组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第一光衰减，并根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第二组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第二光衰减；第三计算部，该第三计算部构造成根据所述血液来源的第一光衰减和所述血液来源的第二光衰减，来鉴定血氧饱和度；以及输出部，该输出部构造成输出所鉴定的血氧饱和度。
可以提供一种控制生物信号测定装置的方法，所述装置包括信号接收部，该信号接收部接收与第一光束的强度相对应的第一信号，接收与第二光束的强度相对应的第二信号，以及接收与第三光束的强度相对应的第三信号，所述第一光束穿过被检者的活组织或从被检者的活组织反射，并具有第一波长，所述第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第二波长，所述第三光束穿过所述活组织或从所述活组织反射，并具有第三波长；所述方法包括：根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减，并根据所述第三信号来获取所述第三光束的光衰减；根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第一组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第一光衰减，并根据选自所述第一光束的所述光衰减、所述第二光束的所述光衰减和所述第三光束的所述光衰减的第二组合的两种光衰减之差，来获取血液来源的第二光衰减；根据所述血液来源的第一光衰减和所述血液来源的第二光衰减，来鉴定血氧饱和度；以及输出所鉴定的血氧饱和度。
可以提供一种程序，该程序使计算机执行所述方法。
可以提供一种永久性计算机可读记录介质，该永久性计算机可读记录介质储存有使计算机执行所述方法的程序。
附图说明
图1是示出了本公开主题内容的第一实施例的生物信号测定系统的构造的功能框图。
图2是示出了由生物信号测定系统的第二计算部执行的处理的实例的视图。
图3A和3B是示出了光衰减的变化量与血氧饱和度之间的关系的图。
图4A和4B是示出了由第二计算部执行的处理的另一个实例的视图。
图5是示出了本公开主题内容的第二实施例的生物信号测定系统的构造的功能框图。
图6A和6B是示出了吸收系数与血氧饱和度之间的关系的图。
图7是示出了伴有活组织压迫的血氧饱和度的鉴定的图。
具体实施方式
本公开主题内容的实施例将参考附图进行详细描述。在下面的描述中使用的图中，对比例尺进行适当改变以便将部件以可识别的尺寸画出。
如图1中所示，本公开主题内容的第一实施例的生物信号测定系统1包括测定装置10和探针20。测定装置10包括指令接收部11、控制部12、信号接收部13和显示部14。探针20具有公知的双波长型的构造，该探针20装于被检者的手指30，并包括光发射器21和光接收器22。
指令接收部11是公知的人机界面，该指令接收部11设置在测定装置10的外表面上，并构造成能够接收由用户输入的指令，以便使测定装置10执行所需操作。
控制部12包括：执行各种计算处理的CPU；存储各种控制程序的ROM；用作储存数据和执行程序的工作区的RAM；等等，并执行测定装置10中的各种控制。控制部12可通讯连接到指令接收部11。指令接收部11将对应于接收到的指令的信号提供到控制部12。
探针20的光发射器21可通讯连接到测定装置10的控制部12。光发射器21可以发射具有第一波长λ1的第一光束和具有第二波长λ2的第二光束。在所述实施例中，光发射器21包括发射作为第一波长λ1的实例的660nm的红色光束的发光二极管，以及发射作为第二波长λ2的实例的940nm的红外光束的另一个发光二极管。根据从控制部12提供的控制信号，每个发光二极管在预定时间发射光束。发射的第一和第二光束进入作为活组织的实例的手指30。
探针20的光接收器22配置在可以接收到穿过手指30的第一和第二光束的位置处。光接收器22构造成能够输出对应于接收到的第一光束的强度I1的第一信号S1和对应于接收到的第二光束的强度I2的第二信号S2。在所述实施例中，使用光电二极管作为具有这样的构造的装置。光接收器22可通讯连接到测定装置10的信号接收部13。将从光接收器22输出的信号S1、S2提供到信号接收部13。
信号接收部13可通讯连接到控制部12。信号接收部13将接收到的信号S1、S2提供到控制部12。控制部12包括第一计算部41、第二计算部42和第三计算部43。
第一计算部41构造成根据第一信号S1获取第一光束的光衰减 A1，并根据第二信号S2获取第二光束的光衰减A2。每个光衰减A1、A2计算为第一或第二信号S1或S2在某一时刻（例如，在活组织压迫期间）接收到的光量与在另一时刻（例如，在活组织压迫之前）接收到的光量之比，并由下述表述式表示：
A1=log(I1/Io1) (1)
A2=log(I2/Io2) (2)
其中，Io1和Io2表示在基准时刻（例如，活组织压迫之前）接收到的光量，I1和I2表示在测定时接收到的光量。后缀“1”表示第一光束，后缀“2”表示第二光束。
第二计算部42构造成基于由第一计算部41获取的第一和第二光束的光衰减A1、A2来获取血液来源的光衰减。具体来说，所述部分构造成基于光衰减A1与光衰减A2之差来获取血液来源的光衰减Ab。这个处理的原理将在下面详细描述。
当压迫手指30以改变活组织的厚度时产生的光衰减的变化A，由血液厚度的变化和非血液组织的厚度的变化引起。这一事实由下面的表述式表示：
A1=Ab1+At1=E1HbDb+Z1Dt (3)
A2=Ab2+At2=E2HbDb+Z2Dt (4)
其中，E表示吸收系数（dl g-1cm-1），Hb表示血红蛋白浓度（g dl-1），Z表示非血液组织的光衰减因子（cm-1），D表示改变的厚度（cm）。后缀“b”表示血液，后缀“t”表示非血液组织，后缀“1”表示第一光束，后缀“2”表示第二光束。
可以忽略非血液组织的波长依赖性。因此，可以视为Z1=Z2。当从表述式（4）减去表述式（3）时，得到下式：
A2-A1=(E2-E1)HbDb (5).
右侧仅含有血液的信息。因此，当获得光衰减A1与光衰减A2之差时，可以获取血液来源的光衰减Ab。
图2示出的图显示了在通过探针20压迫手指30的情形中，光衰减A1、光衰减A2和血液来源的光衰减Ab（=A2-A1）的时间变化。
可以看出，即使当解除压迫时，光衰减A1、A2的值也不回复到在压迫开始之前获得的水平，并且非血液组织的变形发挥影响。还可以看出，在解除压迫后，光衰减之差（A2-A1）、即血液来源的光衰减Ab，收敛于压迫开始之前获得的水平。也就是说，由非血液组织的变形造成的影响可以通过简单的计算操作来消除，在所述计算方法中，计算用不同波长的光束照射组织获得的光衰减之差。
在这里，表述式（5）中的（E2-E1）是血氧饱和度的函数。吸收系数E1、E2分别由下述表述式表示：
E1=Eo1S+Er1（1-S） （6）
E2=Eo2S+Er2（1-S） （7）
其中，Eo指示氧合血红蛋白的吸收系数，Er指示还原血红蛋白的吸收系数，S指示血氧饱和度。与上述相似，后缀“1”表示第一光束，后缀“2”表示第二光束。
图3A示出了吸收系数E1、E2和（E2-E1）与血氧饱和度S之间的关系。在血氧饱和度S=0.74时，（E2-E1）的值的符号逆转。与图2类似，图3A示出的图示出了在通过探针20压迫手指30的情况下，光衰减A1、光衰减A2和血液来源的光衰减Ab（=A2-A1）的时间变化。图3A示出了（E2-E1）的值为负的情况。
从上面可以看出，当观察到伴有手指30压迫的血液来源的光衰减Ab的变化量时，可以获取血氧饱和度S的信息。也就是说，当血液来源的光衰减Ab在减少方向上变化时，可以判定血氧饱和度S小于0.74。在血氧饱和度S中，0.74的值远远小于正常值。血氧饱和度小于该值的情况，意味着被检者的状况需要紧急医学护理。此外，在血液来源 的光衰减Ab在增加方向上变化的情形中，小的变化量意味着血氧饱和度S在0.74左右，因此可以被认为是被检者的状况不正常。
因此，在实施例中，第三计算部43构造成基于由第二计算部42获取并且伴有手指30压迫的血液来源的光衰减Ab（=A2-A1）的变化量ΔAb，来获取与血氧饱和度S的水平相关的信息。
具体来说，第三计算部43构造成获取由第二计算部42获取的血液来源的光衰减Ab的微分值。当光衰减Ab由于活组织的压迫而快速上升时，微分值大大变化。当将血液从施加压力的位置排除时，光衰减Ab具有在最大值附近的基本上恒定的值，因此微分值在零附近推移。第三计算部43构造成通过最初微分值的大的变化来识别活组织受压，并在微分值随后开始在零附近推移时获取变化量ΔAb。
然后，基于获取的变化量ΔAb，第三计算部43判定血氧饱和度是高于还是低于血氧饱和度S的基准值（在所述实施例中，0.74）。当变化量ΔAb为负时，或者当伴有手指30压迫的血液来源的光衰减Ab的变化在减小方向上时，判定血氧饱和度S小于基准值（被检者的状况处于严重性相对高的异常状态下）。当变化量ΔAb为正时，或者当伴有手指30压迫的血液来源的光衰减Ab的变化在增加方向上时，判定血氧饱和度S大于基准值。
作为输出部的实例的显示部14是公知的显示装置，该显示部14设置在测定装置10的外表面上。显示部14可通讯连接到控制部12。控制部12将指示由第三计算部43执行的判定结果的信号S4提供到显示部14。显示部14以适当方式显示对应于信号S4的判定结果。
根据所述实施例的构造，不能获取血氧饱和度S的绝对值。然而，当执行将在脉搏血氧计中使用的现有探针20装于被检者的手指30，并通过探针20压迫手指30的简单工作时，医疗人员可以获得关于血氧 饱和度S水平的某些判定结果。例如，在伤员鉴别分类的现场中，可以不需准备特殊探针并执行特殊工作而简单快速地提供与血氧饱和度S相关的信息。这能有助于优先度的快速决定。
在变化量ΔAb具有正值的情况下，可以将判定结果进一步分类。在变化量ΔAb具有正值并且绝对值小的情况下，所述值被认为是接近S=0.74或基准值，并且判定被检者的状况处于严重性相对低的异常状态下。在变化量ΔAb的绝对值大到一定程度的情况下，判定被检者的状况处于正常状态下。当将这样的判定结果提供到显示部14时，可以提供血氧饱和度S的更详细信息。
做出第一实施例的上述描述是为了使本公开的主题内容容易理解，而不打算限制本公开的主题内容。当然，本公开的主题内容可以在不背离其精神的情况下改变或改进，并包括其等同物。
光接收器22不总是需要配置在可以接收到穿过手指30的光束的位置处。或者，可以使用下述构造，即将光接收器配置在可以接收到从手指30反射的光束的位置处，并根据不同波长的光束的反射强度来获取光衰减。
探针20装到的活组织不限于手指30。可以选择任何种类的活组织作为对象，只要可以执行所需测定即可。例如，可以使用耳垂作为对象。
第二计算部42获取血液来源的光衰减的处理，并不总是需要基于光衰减A1与光衰减A2之差来进行。图4A和4B是示出了由第二计算部42执行并使用旋转矩阵的处理的另一个实例的视图。
在图4A中，Y-轴指示第一光束的光衰减A1，X-轴指示第二光束的光衰减A2，并且由具有分量（A2，A1）的矢量来表示在某一时刻的 光衰减A。以具有分量（Ab2，Ab1）并指示血液来源的光衰减Ab的矢量与具有分量（At2，At1）并指示非血液组织来源的光衰减At的矢量的合成矢量的形式给出矢量A。
当将矢量A在坐标空间中旋转θ时，获得矢量Arot。可以看出，从矢量Arot的X-轴分量中消除了非血液组织来源的分量，并且矢量Arot仅由血液来源的分量构成。这一操作由下列表述式表示：
ArotT=KAT (8)。
在上述表述式中，K和A分别由下列矩阵表示。
K=cosθ-sinθsinθcosθA=A2A1---(9)]]>
非血液组织来源的光衰减At不依赖于波长。因此，在图4A中，At1=At2。因此，获得θ=(π/2)=-tan-1(At1/At2)。
图4B示出了由此得到的矢量Arot的X-坐标值的时间变化连同光衰减A1、A2的时间变化。可以看出，即使在解除压迫时，光衰减A1、A2的值也不回复到在压迫开始之前获得的水平，并且光衰减受到非血液组织的变形的影响。相反，可以看出，在解除压迫后，Arot的X-坐标值，即血液来源的光衰减Ab，收敛于在压迫开始之前获得的水平。也就是说，可以通过向从通过用不同波长的光束照射组织获得的光衰减的值获取的矩阵施加简单的旋转计算，来消除由非血液组织的变形造成的影响。
可以使用下述构造，即当指令接收部11接收到开始测定的指令时，执行在第三计算部43中获取与血氧饱和度S相关的信息的处理。还可以使用另一种构造，即当第二计算部42获取的血液来源的光衰减Ab的变化量超过预定值时，自动开始处理。可以基于下述事实来进行血 液来源的光衰减Ab的变化量是否超过预定值的判定，即由第二计算部42获取的光衰减Ab超过预定阈值这一事实，或由第三计算部43获取的微分值Ad超过预定阈值这一事实。
通常，就脉搏血氧计进行正常测定而言，光衰减Ab不会产生那样大的变化。因此，当光衰减Ab发生大的变化时，可以判断活组织已被压迫以便鉴定血液填充时间的可能性高。在基于所述判断而自动鉴定血液填充时间的构造中，可以进一步减轻操作者的负担。
作为本公开的主题内容的效果，已描述了在待获取与血氧饱和度S相关的信息的情形中没有必要准备特殊探针。这并不意图禁止附加设备的使用。可以使用下述构造，其中如图1中的虚线所指示，将覆盖探针20的指套50装于被检者的手指30，并且控制部12还包括控制指套50内部的空气压力的指套压力控制部46。
指套压力控制部46首先压迫指套50的内部，使得可以通过探针20以预定的压力压迫被检者的手指30。在经过预定期间后，将指套50的内部减压。根据这种构造，压迫可以总是在恒定条件下进行，与操作者或重复次数无关。因此，可以更正确地获得与血氧饱和度S相关的信息。
可以通过硬件例如电路装置的运行、软件例如储存在计算机可读记录介质或作为计算机的实例的控制部12中的程序的运行、或这些运行的组合来实现上面描述的第一至第五计算部41至45和指套压力控制部46的功能。
接下来，将参考图5详细描述本公开主题内容的第二实施例的生物信号测定系统1A。与第一实施例的生物信号测定系统1相同或相似的元件用相同的参考数字表示，并且省略重复的描述。
所述实施例的生物信号测定系统1A包括测定装置10A和探针20A。测定装置10A包括指令接收部11、控制部12A、信号接收部13和显示部14。所述实施例中的探针20A具有公知的三波长型的构造，其装于被检者的手指30，并包括光发射器21A和光接收器22A。
探针20A的光发射器21A可通讯连接到测定装置10A的控制部12A。光发射器21A可以发射具有第一波长λ1的第一光束、具有第二波长λ2的第二光束和具有第三波长λ3的第三光束。在所述实施例中，光发射器21A包括发射作为第一波长λ1的实例的660nm的红色光束的发光二极管，发射作为第二波长λ2的实例的940nm的红外光束的发光二极管，以及发射作为第三波长λ3的实例的810nm的红外光束的另一个发光二极管。根据从控制部12A提供的控制信号，每个发光二极管在预定时间发射光束。发射的第一、第二和第三光束进入作为活组织的实例的手指30。
探针20A的光接收器22A配置在可以接收到穿过手指30的第一、第二和第三光束的位置处。光接收器22A构造成能够输出对应于接收到的第一光束的强度I1的第一信号S1、对应于接收到的第二光束的强度I2的第二信号S2和对应于接收到的第三光束的强度I3的第三信号S3。在所述实施例中，使用光电二极管作为具有这样的构造的装置。光接收器22A可通讯连接到测定装置10A的信号接收部13。将作为光接收器22A的输出的信号S1、S2、S3提供到信号接收部13。
信号接收部13可通讯连接到控制部12A。信号接收部13将接收到的信号S1、S2、S3提供到控制部12A。控制部12A包括第一计算部41A、第二计算部42A、第三计算部43A和监测部44。
第一计算部41A构造成根据第一信号S1获取第一光束的光衰减A1，根据第二信号S2获取第二光束的光衰减A2，并根据第三信号S3获取第三光束的光衰减A3。每个光衰减A1、A2、A3计算为接收到的 第一、第二或第三信号S1、S2或S3在某一时刻（例如，在活组织压迫期间）的光量与在另一时刻（例如，在活组织压迫之前）的光量之比，并由任一下述表述式表示：
A1=log(I1/Io1) （10）
A2=log(I2/Io2) （11）
A3=log(I3/Io3) （12）
其中，Io1、Io2和Io3表示在基准时刻（例如活组织压迫之前）接收到的光量，I1、I2和I3表示在测定时接收到的光量。后缀“1”表示第一光束，后缀“2”表示第二光束，后缀“3”表示第三光束。
第二计算部42A构造成根据由第一计算部41A获取的第一和第二光束的光衰减A1、A2以及第二和第三光束的光衰减A2、A3，来获取血液来源的光衰减。具体来说，所述部分构造成根据光衰减A1与光衰减A2之差来获取血液来源的光衰减Ab21（第一光衰减的实例），并根据光衰减A2与光衰减A3之差来获取血液来源的光衰减Ab23（第二光衰减的实例）。这个处理的原理将在下面详细描述。
当压迫手指30以改变活组织的厚度时产生的光衰减的变化A，由血液厚度的变化和非血液组织的厚度的变化引起。这一事实由下面的表述式表示：
A1=Ab1+At1=E1HbDb+Z1Dt （13）
A2=Ab2+At2=E2HbDb+Z2Dt （14）
A3=Ab3+At3=E3HbDb+Z3Dt （15）
其中，E表示吸收系数（dl g-1cm-1），Hb表示血红蛋白浓度（g dl-1），Z表示非血液组织的光衰减因子（cm-1），D表示厚度（cm）。后缀“b”表示血液，后缀“t”表示非血液组织，后缀“1”表示第一光束，后缀“2”表示第二光束，后缀“3”表示第三光束。
可以忽略非血液组织的波长依赖性。因此，可以视为Z1=Z2=Z3。当从表述式（14）中减去表述式（13）并从表述式（14）中减去表述 式（15）时，得到下式：
Ab21=A2-A1=（E2-E1）HbDb （16）
Ab23=A2-A3=（E2-E3）HbDb （17）.
右侧仅含有血液的信息。因此，当获得光衰减A1与光衰减A2之差以及光衰减A2与光衰减A3之差时，可以获取血液来源的光衰减Ab21、Ab23。
接下来，用表述式（16）除以表述式（17），消除项Hb和Db，得到下列表述式：
Ab21/Ab23=（A2-A1）/（A2-A3）=（E2-E1）/（E2-E3）（18）
在表述式（18）中，（E2-E1）和（E2-E3）是血氧饱和度的函数。吸收系数E1、E2、E3分别由下述表述式表示：
E1=Eo1S+Er1（1-S） （19）
E2=Eo2S+Er2（1-S） （20）
E3=Eo3S+Er3（1-S） （21）
其中，Eo指示氧合血红蛋白的吸收系数，Er指示还原血红蛋白的吸收系数，S指示血氧饱和度。与上述相似，后缀“1”表示第一光束，后缀“2”表示第二光束，后缀“3”表示第三光束。
图6A示出了吸收系数E1、E2、E3和（E2-E1）以及（E2-E3）与血氧饱和度S之间的关系。因此，如图6B中所示，（E2-E1）与（E2-E3）的比也是血氧饱和度S的函数。
从上面可以看出，当使用具有不同波长的至少三个光束测定血液来源的光衰减Ab21、Ab23时，可以通过表述式（18）至（21）定量鉴定血氧饱和度S。第三计算部43A构造成基于所述原理鉴定血氧饱和度S。
控制部12A将指示由第三计算部43A执行的判定结果的信号S4 提供到显示部14。显示部14以适当方式显示对应于信号S4的判定结果。
根据所述实施例的构造，仅仅通过将使用三种以上波长来进行测定的脉搏血氧计的探针20A装于被检者的手指30，就可以鉴定血氧饱和度S。例如，在伤员鉴别分类的现场中，可以不需准备特殊探针并执行特殊工作，通过使用多波长脉搏血氧计来简单快速地鉴定血氧饱和度S。这能有助于优先度的快速决定。
监测部44构造成执行监测处理。在监测处理中，使第三计算部43A定期进行鉴定血氧饱和度S的操作。具体来说，当识别到手指30被压迫时开始所述处理，并且每经过预定期间，使第三计算部43A鉴定血氧饱和度S。
根据所述构造，可以连续监测被检者的外周循环状况。这协助了解患者在手术期间或在重症监护室中的状况。这将参考图7进行描述。
如图7的（a）中所示，装有探针20A的手指30包括动脉血Ba、静脉血Bv和非血液组织Ts。如图7的（b）中所示，当压迫处于这种状态下的手指30时，组织Ts压缩，动脉血Ba和静脉血Bv排除。如图7的（c）中所示，当解除压迫时，动脉血Ba首先开始流入，并且组织Ts的厚度开始回复到原始值。然后，如图7的（d）中所示，静脉血Bv开始流入。在图7中，（e）示出了动脉血Ba、静脉血Bv和组织Ts的厚度回复到压迫开始之前得到的状态时的情形。
在压迫解除后，随着手指30的厚度回复到原始值，光衰减变得更大。光衰减的变化含有分别由动脉血Ba、静脉血Bv和组织Ts的厚度变化所贡献的分量。在上述技术中，可以在排除由组织Ts的变化造成的影响的同时鉴定血氧饱和度S。在图7的（c）中示出的时间点，血氧饱和度S具有基本上等于动脉血氧饱和度的值。当如图7的（d）和 （e）中所示静脉血Bv流入时，光衰减中由静脉血Bv所贡献的分量变得更大，并且血氧饱和度S低于固定值。当通过显示部14检查所述值以及饱和度达到所述值之前流逝的期间时，可以了解被检者的外周循环状况。
根据所述实施例的构造，可以鉴定任意时间点的血氧饱和度S的值。例如，将在图7的（a）中所示的时间点测定的接收到的光量设为基准值（表述式（10）至（12）中的Io1、Io2和Io3），并将在（b）中示出的时间点测定的接收到的光量视为具有表述式中的I1、I2和I3。然后，可以测定由压迫所排除的血氧饱和度。从当将图7的（b）中示出的时间点测定的接收到的光量设为基准值时，在随后的任意时间点获取的测定值计算的光衰减的变化，可以视为基本上由血液厚度的变化引起。因此，可以连续地进行血氧饱和度S的更精确的监测。
在手指30受压迫的判断中，可以使用与参考第一实施例中的第三计算部43所描述的相同的技术。也就是说，监测部44构造成获取由第二计算部42A获取的血液来源的光衰减的微分值。当检测到最初的微分值大的变化时，识别到组织受压迫，并且在随后微分值开始在零附近推移的时间点，判断血液被排除。这用作开始测定的触发机制。
因此，当执行将使用三种以上波长来进行测定的脉搏血氧计的探针20A装于被检者的手指30，并通过探针20A压迫手指30的简单工作时，医疗人员可以测定压迫的时间点指尖的血氧饱和度S，此外可以监测随后的时间变化。当在进行监测的同时将血氧饱和度与可以通过探针20A类似地获取的动脉血氧饱和度（SpO2）进行比较时，可以了解例如手术期间或重症监护室中的患者的外周循环状况的变化。
做出第二实施例的上述描述是为了便本公开的主题内容容易理解，而不打算限制本公开的主题内容。当然，本公开的主题内容可以在不背离其精神的情况下改变或改进，并包括其等同物。
接收器22A不总是需要配置在可以接收到穿过手指30的光束的位置处。或者，可以使用下述构造，即将光接收器配置在可以接收到从手指30反射的光束的位置处，并根据不同波长的光束的反射强度来获取光衰减。
探针20A装到的活组织不限于手指30。可以选择任何种类的活组织作为对象，只要可以执行所需测定即可。例如，可以使用耳垂作为对象。
第二计算部42A获取血液来源的光衰减Ab21、Ab23的处理，并不总是需要基于光衰减A1与光衰减A2之差以及光衰减A2与光衰减A3之差来进行。正如在参考图4A和4B的第一实施例中对第二计算部42所描述的，可以使用旋转矩阵来获取血液来源的光衰减Ab21、Ab23。
在获取血液来源的光衰减的处理中使用的光衰减的组合，不限于光衰减A1、A2的组合和光衰减A2、A3的组合。可以选择光衰减的任意组合，只要选择的是三种光衰减A1、A2、A3的组合中的两种即可。例如，可以选择光衰减A1、A2的组合和光衰减A1、A3的组合。或者，可以使用具有四种以上波长的光束，并且可以选择获取的四种以上光衰减的不同组合。
已知活组织氧分压降低的现象是糖尿病的病症之一。氧分压的降低由血氧饱和度降低引起。将通过压迫活组织测定的血氧饱和度S与从健康者获得的血氧饱和度进行比较，可以为判断糖尿病是否发生提供一定的指导。在败血症中，旁路血流增加，氧不能充分供应到毛细血管，并且血氧饱和度降低。因此，在了解患有败血症的患者的临床状况中，血氧饱和度的测定也是有效的。
在手或脚的指尖上进行的测定中，当手或脚的指尖高度变化时， 可能改变被测定组织的灌注压和血管容积。通过测定在这种情况下发生的血氧饱和度的变化，可以获得与组织血液体积和代谢有关的信息。
当向活体施加温度、疼痛、声音、电、视觉等的刺激时，神经活动引起心率、外周血管阻力等发生改变，并且也引起血氧饱和度改变。在与这样的刺激相结合检查应答性的情形中，所述系统可用于引起神经系统改变的疾病例如糖尿病的诊断、麻醉深度指数等。
作为本公开的主题内容的效果之一，已描述了在打算鉴定血氧饱和度S的情形中没有必要准备特殊探针。这并不意图限制附加设备的使用。可以使用下述构造，其中如图5中的虚线所指示，将指套51（第一指套的实例）装到指尖（被压迫的活组织）的上游，并且控制部12A还包括控制指套51内部的空气压力的指套压力控制部46A。
指套压力控制部46A增加指套51内部的空气压力，使得可以截断通往手指30的血流。当在这种状态下连续测定血氧饱和度S时，系统可以应用于发生代谢障碍的疾病例如糖尿病或败血症的诊断。
已知在活组织中氧代谢没有充分进行的现象是糖尿病的病症之一。在如上所述截断流向活组织的血流的情形中，氧被该组织消耗，结果是血氧饱和度S减低。然而，在氧代谢未充分进行的情形中，血氧饱和度S降低的程度缓。因此，当对血氧饱和度S进行连续监测，并且将降低程度与健康者的降低程度进行比较时，可以为判断糖尿病是否发生提供一定的指导。在败血症中，旁路血流增加，氧不能充分供应到毛细血管，并且血氧饱和度降低。因此，在了解患有败血症的患者的临床状况中，血氧饱和度的测定也是有效的。
指套51的内部压力不总是需要受到测定装置10A的指套压力控制部46A控制。可以手动调节压力，只要可以截断通往手指30的血流即可。
如上所述，利用手指30的压迫获得接收到的光量的基准值，由此确保连续地进行血氧饱和度S的后续测定。然而，当在测定期间失去探针20A与活组织的位置关系时，除非将基准值更新，否则测定不能正确进行。因此，利用压迫的测定定期进行，并对基准值进行连续更新，由此可以提高测定的可靠性。因此，监测部44可以构造成每经过预定期间，通过显示部14报告进行压迫的时间。当医疗人员根据报告对手指30压迫时，可以确实地执行血氧饱和度S的定期鉴定。
或者，如图5中的虚线所示，可以利用下述构造，即将覆盖探针20A的指套52（第二指套的实例）装于被检者的手指30，并且指套压力控制部46A在预定时间控制指套52内部的空气压力。例如，预定时间是监测部44使第三计算部43A鉴定血氧饱和度S的时间。定期升高指套52的内部压力以压迫手指30，以便可以自动进行血氧饱和度S的定期鉴定。
被鉴定的血氧饱和度S不总是需要以数值形式显示在显示部14上。除了数值之外或代替数值，可以将血氧饱和度S的颜色或符号指示显示在显示部14上，或者可以输出血氧饱和度S的声音指示。
上面描述的第一至第三计算部41A、42A、43A、监测部44和指套压力控制部46A的功能，可以通过硬件例如电路装置的运行、软件例如储存在计算机可读记录介质或作为计算机的实例的控制部12A中的程序的运行、或这些运行的组合来实现。
根据本公开主题内容的一个方面，利用伴有活组织的压迫的血液来源的光衰减的变化量是血氧饱和度的函数这一事实，可以获得关于血氧饱和度水平的某些判定结果，尽管不可能鉴定血氧饱和度的绝对值。为了获得判定结果，仅仅要求操作者将用于例如脉搏血氧计中的现有的探针装于被检者的活组织，并压迫活组织的实质性工作。也就 是说，不需准备特殊探针并进行特殊工作。在例如伤员鉴别分类的现场中，这可以有助于优先度的快速决定。
根据本公开主题内容的一个方面，当血液来源的光衰减的变化量大于预定值时，可以自动开始信息的获取。在血液来源的光衰减发生大的变化的情况下，可以判断活组织被压迫的可能性高。当根据所述判断自动获取与血氧饱和度相关的信息时，可以进一步减轻操作者的负担。
根据本公开主题内容的一个方面，还可以提供可装于被检者以便压迫活组织的指套以及指套压力控制部，该指套压力控制部构造成控制所述指套内部的空气压力。在这种情况下，压迫可以总是在恒定条件下进行，与操作者或重复次数无关。因此，可以更正确地获取与血氧饱和度相关的信息。
根据本公开主题内容的一个方面，当使用三种波长获取两种血液来源的光衰减时，只能提取出吸收系数与血氧饱和度之间的关系，并且可以鉴定血氧饱和度的绝对值。为了获得判定结果，仅仅要求操作者进行将在使用例如三种以上波长进行测定的脉搏血氧计中使用的现有探针装于被检者的活组织的实质性工作。尽管不需准备特殊探针并进行特殊工作，但可以使用多波长脉搏血氧计快速地鉴定血氧饱和度。
根据本公开主题内容的一个方面，可以定期鉴定血氧饱和度。在这种情况下，可以连续地监测被检者的外周循环状况。这协助了解手术期间或重症监护室中的患者的状况。
根据本公开主题内容的一个方面，可以提供可装于被检者以便对活组织的血流的上游侧压迫的第一指套，以及指套压力控制部，该指套压力控制部构造成控制所述第一指套内部的空气压力。在这种情况下，当在截短通往活组织的血流的状态下观察血氧饱和度的时间变化 时，可以获得活组织的氧消耗速率的指数。这可以应用于发生组织代谢障碍的疾病例如糖尿病或败血症的诊断。
为了正确鉴定血氧饱和度，需要每次对活组织进行压迫。根据本公开主题内容的一个方面，对活组织进行压迫的时间可以通过输出部报告。在这种情况下，操作者只需要根据通过进行压迫，因此可以确保进行血氧饱和度的定期鉴定。
或者，可以提供以能够压迫活组织的方式装于被检者的第二指套，以及指套压力控制部，该指套压力控制部构造成在预定时间控制第二指套的内部空气压力。在这种情况下，可以自动进行血氧饱和度的定期鉴定。