JP2009213833A - 生体信号測定用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子からの光を生体に照射する導光部材の構成を改善して、生体への入射光を減少させることなく、プローブの厚みを薄くする。
【解決手段】生体信号測定用プローブであって、少なくとも１つの波長の光を出射可能な発光素子１と、導光部材５であって、発光素子と対向する第１部分と第１部分を包囲する第２部分を含む光反射性の第１端面と、第１端面と交差する光反射性の第２端面と、第２端面と交差すると共に第１端面と対向する光透過性の第３端面を有し、第１端面と第２端面の少なくとも一方で反射しつつ第３端面より照射光として出射させるものと、被測定部より反射した光を受光可能とされた受光素子２とを具備して成り、第１端面の発光素子の光軸に沿う向きの断面形状は、少なくとも第２部分が楕円の短軸と交差する周の一部と一致しており、発光素子の光軸と楕円の短軸とが一致するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体信号を正確に測定するための生体信号測定用プローブに関する。

従来の生体信号測定用プローブの一種である脈拍センサが提案されている（特許文献１参照）。上記文献の脈拍センサは、発光ダイオードから出射された光を凸面鏡反射し、球面状に広がった反射光を更に凹面鏡で光放出面に向かって反射している。そして、凹面鏡と光放出面の間に充填された光散乱剤により照射光を散乱している。このように光源からの出射光を広げ散乱すると、光放出面から面状の均一な光量の照射光を被測定体に照射することができることが開示されている。

また、従来のこの種の生体信号測定用プローブとしては、発光素子であるLEDと受光素子であるPDが同一面に配置され、LEDとPDが測定部位に対して突起しているレンズで覆われているものも知られている（特許文献２参照）。上記のものは、測定時において手指、足などの測定部位の近傍にLEDが配置されている。
また、測定部表面の近傍に１つの発光ダイオード（LED)と、１つの受光素子（PD)を測定部表面に対して垂直方向に配列した反射光測定装置が知られている（特許文献３参照）。
特開２０００−１１６６１１号公報 特表２００５−５０５３６０号公報 特開昭５８−３３１５３号公報 Anaesthesla,2005,60，pages1249-1250「Reflectance pulse oximeter-associated burn in a critically ill patient」

特許文献３に記載の反射型生体信号測定用プローブでは、受光素子と被測定部とを結ぶ線上に発光素子が配置されているため、被測定部から反射した光を受光素子に導くために発光素子を包囲する管状の導光部材を用いている。導光部材は透明または半透明な部材であり、側端面が光反射面とされている。発光素子から出射された光で被測定部を照射すると、被測定部から反射した光が導光部材に入射し、側端面で反射されながら導光部材内を進行し、最終的に被測定部側から見て発光素子の背後に位置する受光素子に入射する。
この構成によれば、特許文献２に記載のプローブのように発光素子と受光素子を横方向に配列する構成と比べて幅寸法を小さくすることが可能であるが、筒状の導光部材はプローブの厚み方向に延設せざるを得ないため、厚さ方向の寸法が大きくなってしまう。

一方、発光素子を受光素子の上部に配置し、当該発光素子からの光を導光部材部材を介して生体の被測定部に照射して、被測定部からの反射光を直接受光素子に入射させる構成の反射型生体信号測定用プローブが知られている。このプローブでは、発光素子の上部を覆う導光部材が用いられ、発光素子と対向する面が光反射面とされている。導光部材被測定部に効率よく発光素子からの光を入射させるために、光反射面は半球状の凹面とされている。このため導光部材自体も半球形状にならざるを得なく、プローブの厚み方向の寸法が増す原因となっていた。

本発明の課題（目的）は、発光素子からの光を生体に照射する導光部材の構成を改善することによって、プローブの厚み方向の寸法を小さくすると共に、発光素子からの出射光を、損失を可能な限り抑制しつつ生体へ照射することの可能な生体信号測定用プローブを得ることにある。

上記課題を解決するために、本発明によれば、生体上の被測定部へむけて少なくとも１つの波長の光を照射光として照射可能とされた生体信号測定用プローブであって、
前記少なくとも１つの波長の光を出射可能な発光素子と、
導光部材であって、前記発光素子と対向する第１部分と該第１部分を包囲する第２部分を含む光反射性の第１端面と、該第１端面と交差する光反射性の第２端面と、該第２端面と交差すると共に該第１端面と対向する光透過性の第３端面を有し、前記発光素子から出射された光の少なくとも一部を、該第１端面と該第２端面の少なくとも一方で反射しつつ該第３端面より前記照射光として出射させるものと、
前記被測定部より反射した光を受光可能とされた受光素子とを具備して成り、
前記第１端面の前記発光素子の光軸に沿う向きの断面形状は、少なくとも前記第２部分が楕円の短軸と交差する周の一部と一致しており、発光素子の光軸と該楕円の短軸とが一致するように構成されているものが提供される。
前記発光素子は、前記楕円の一方の焦点に対応する位置に配置される構成としてもよい。

前記第１端面の少なくとも前記第２部分は、前記発光素子に対して凹とされ、
前記導光部材の前記第２端面上の一点は、該楕円の他方の焦点に対応する位置に配置される構成としてもよい。
前記発光素子は、前記楕円の一方の焦点に対応する位置に配置される構成としてもよい。

前記第１端面の前記第１部分は、前記発光素子に向かって突出した第１凸部とされ、前記第２部分は前記発光素子に対して凹とされる構成としてもよい。
前記第１凸部は半球形状または円錐形状としてもよい。
前記第１凸部上に、前記発光素子に向かって突出した半球形状または円錐形状の第２凸部が形成されている構成としてもよい。
前記発光素子が載置される支持部材と、前記支持部材上の前記第１端面に対向する部分に設けられた平面鏡とを更に具備して成り、前記発光素子より出射された光は、前記第１端面と前記平面鏡により反射されて前記第３端面に導かれる構成としてもよい。
前記発光素子より出射された光は、前記第１端面の第１部分と前記第２端面により反射されて前記第３端面に導かれる構成としてもよい。
前記発光素子が載置される支持部材を更に具備して成り、前記支持部材における前記第１端面に対向する部分は、該第１端面に対して凸とされた光反射性の面として構成してもよい。
前記第１端面の前記第１部分と前記第２部分は、前記発光素子に対して凸とされている構成としてもよい。

前記発光素子および前記受光素子と電気的に接続される配線材を更に具備して成り、該配線材は、前記第２端面より導出される構成としてもよい。
第１の面上に第１領域と第２領域を有し、該第１領域と該第２領域が逆向きとなるように折り曲げられた状態で配置された基板を更に具備して成り、前記発光素子は前記第１領域に載置され、前記受光素子は前記第２領域に配置される構成としてもよい。

前記第１領域と前記第２領域の間に形成され、前記基板よりも低い熱伝導率を有する層を更に具備して成る構成としてもよい。

本発明の生体信号測定用プローブによれば、発光素子からの光を生体に照射する導光部材の構成を改善することによって、プローブの厚みを薄くして、小型化することが可能である。
また、発光素子から出射されて生体へ入射する光の損失を少なくできる。

次に添付の図面を参照しつつ、本発明の実施例について詳細に説明する。異なる実施例間において共通あるいは類似する部材は同一の参照番号で示し、繰返しとなる説明は割愛する。
図１に本発明の第１実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。発光素子であるLED素子１がプリント基板４の上面に配置されている。LED素子１の内部には、少なくとも１つのLEDチップが実装されている。例えば、波長の異なる、例えば赤色光(660nm近傍)及び赤外光（900nm近傍）といった２つ以上のLEDチップが実装されていても良い。

受光素子であるPD素子２がプリント基板４の下面に配置され、受光窓３に対向している。
LED素子１とPD素子２を包囲するように導光部材５が設けられる。導光部材５を形成する材料としては、透明成型材料で透明度が高く光学特性に優れたもので、例えば、ポリエチレン（PET)、ポリカーボネイト、アクリル等が挙げられる。これに材料色が乳白色である光散乱材料を混合して形成してもよい。光散乱材料の例としては、酸化チタンなどのフィラが挙げられる。導光部材５の端面は光反射面とされる。
LED素子１から出射された光は導光部材５内を進行し、光反射面により反射されつつ、プローブの光出射面を構成する導光部材５の下端面に導かれる。プローブの光出射面から出射した光で生体の被測定部を照射すると、被測定部からの反射光が受光窓３を経由してPD素子２に入射する。

また、前記導光部材５の上部及び下部にはそれぞれ、遮光カバー６及び遮光ケース７が配置されている。遮光カバー６は外部光が測定用の照射光（LED素子１からの出射光）に混入しないためであり、遮光ケース７は導光部材５から出射された照射光が生体を介さずに受光窓３に進入するのを防止するためである。
光反射面は、例えば導光部材５の外側端面をアルミニウム箔などの金属被膜で覆って構成してもよいし、遮光カバー６や遮光ケース７の内面を反射率の高い面として構成してもよい。

なお、導光部材の上部の遮光カバー６を省略して、患者の被測定部位にプローブを装着する際の装着部材で前記遮光カバーを兼ねることもできる。
図１に示すように、導光部材５の上端面のLED素子１の光軸に沿う断面形状は横方向に長い滑らかな円弧とされている。この上端面は、LED素子１側から見て凹面鏡とされている。より詳細には、図７に示すように、楕円の短軸と交差する側の周の一部に一致する形状とされている。そしてLED素子１の光源はこの楕円の焦点Ａに一致する位置に配置されている。導光部材５の側端面上の一点は、この楕円の焦点Ｂに一致するように形成されている。

換言すると、導光部材５の上端面は、LED素子１の光源位置Ａからの距離と、側端面上の一点Ｂからの距離の和が一定となるような点の集合である曲面とされている。そしてこの曲面は、LED素子１の光源位置Ａからの距離と、側端面上の一点Ｂからの距離とが等しくなる点（すなわち楕円の短軸）を含むように構成される。
また導光部材５の上端面は、上記の楕円を焦点Ａを中心として、LED素子１およびPD素子２の光軸周りに回転させた際に、楕円の短軸と交差する側の周の一部が形成する曲面と見ることもできる。

図１および７に示す如く、LED素子１から出射された少なくとも１つ以上の波長の光は、当該LED素子１が、楕円の一方の焦点Ａに配置されているので、この楕円の周に一致する弧状である導光部材５の上端面（凹面鏡）で反射されて他方の焦点Ｂに一致する導光部材５の側端面に集束する。側端面により反射された光は導光部材５の底面に導かれ、プローブの下部（導光部材５の下端面）から被測定部を照射する光として出射される。

本実施例の構成によれば、従来の半球状の光反射面を有する導光部材と比較して厚み方向の寸法を小さくすることが可能であり、プローブの小型化に寄与する。一方LED素子１から出射された光を効率よく導光部材５の下端面に導くことができるため、損失を極力抑えてプローブから照射光を出射させることができる。また導光部材５には光散乱材料が混入されているため、プローブから出射される光量は導光部材５の下端面の位置に依らず均一となり、正確な測定が可能となる。

図２に本発明の第２実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。本実施例は、以下の点で、図１に示した第１実施例とは相違している。
・導光部材５の上端面のうち、LED素子１に対向する部分Ｃが、LED素子１に向かって半球状の凸部を形成し、当該凸部が凸面鏡とされている。
・遮光ケース７の前記凸面鏡に対向する面８が平面鏡とされている。

図２の構成によれば、LED素子１から出射された光は、前記凸面鏡Ｃにより先ず反射され、次いで平面鏡８による反射を受ける。その後、導光部材５の上端面により反射された光は、プローブの下部（導光部材５の下端面）から被測定部を照射する光として出射される。
図２の構成によれば、導光部材５の天頂部を凹状にできるため、導光部材の厚み（高さ）を薄くすることが可能になり、プローブ全体（装着部）の厚さも薄くすることができる。また上端面および平面鏡８により反射された光は、側端面を経由せずに下端面に導かれるため、第１実施例のように側端面を楕円の焦点Ｂに一致させる必要がない。つまり第１実施例と比較して側端面の位置を内側にすることができる。よってプローブの横幅寸法を小さくすることができる。

図３に本発明の第３実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。
本実施例は、以下の点で、図１に示した第１実施例とは相違している。
・導光部材５の上端面のうち、LED素子１に対向する部分Ｃが、LED素子１に向かって半球状の凸部を形成し、当該凸部が凸面鏡とされている。
・導光部材５の側端面を前記楕円の他方の焦点Ｂよりも外側に位置するようにし、且つ反射面９として構成する。当該反射面９は平面であっても曲面であってもよい。

図３の構成によれば、LED素子１から出射された光は、前記凸面鏡Ｃにより先ず反射され、次いで導光部材５の側端面の反射面９による反射を受けてプローブの下部（導光部材５の下端面）から被測定部を照射する光として出射される。
図３の構成によれば、導光部材５の天頂部を凹状にできるため、導光部材の厚み（高さ）を薄くすることが可能になる。また図２に示した第２実施例と比較すると、遮光ケース７に平面鏡８を形成する必要がないので、製造コストを下げることができる。また反射を受ける回数が少ないため、LED素子１から出射された光がプローブから出射されるまでに受ける損失を最小限に抑えることができる。

次に、生体信号測定用プローブにおける、発光素子及び受光素子からプローブ外部への配線の仕方について説明する。この説明は上述の全ての実施例および後述する全ての実施例について適用可能である。
従来の生体信号測定用プローブでは、発光素子及び受光素子からプローブ外部への配線材は、プローブの底面（生体への接触面）に沿って引き出されるのが普通であった。

本発明の生体信号測定用プローブでは、発光素子及び受光素子からプローブ外部への配線は図４（ａ）および図４（ｂ）に示す如き構成を採用している。
すなわち、配線材１０はプローブの側部から導入されて、発光素子であるLED素子１及び受光素子であるPD素子２に接続されてプローブ外部に導出されている。この構成によれば、プローブの底面から生体に照射される光を配線材によって遮られることが無いので、光を効率良く生体に照射することが可能になる。

次に、本発明における生体信号測定用プローブにおける、発光素子及び受光素子の基板上での配置及びその基板のプローブへの取付け方法について説明する。この説明は上述の全ての実施例および後述する各実施例（第１１実施例を除く）について適用可能である。
図５（ａ）に示すように、基板４の同一面上に発光素子であるLED素子１と受光素子であるPD素子２を配置する。基板の一方の面からのみの部品（LED素子，PD素子）の装着ですむので、製造工程が少なくできる。

そして、基板としては折り曲げ加工の容易なフレキシブルプリント基板等を使用して、生体信号測定用プローブ内への配置時には、図５（ｂ）の如く基板４を２つ折りにして、基板の上面にLED素子１が、下面にはPD素子が配置される構成とする。
折り曲げた基板の間に形成される間隙１１には、熱伝導率の低い材料を挟みこむことで、LED素子から発生した熱が基板４を介して生体に伝達されにくくすることが可能になる。なお、熱伝導率の低い物質としては、空気も含まれる。

図６（ａ）に本発明の第４実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。本実施例は、導光部材５の上端面に形成された凸部Ｃが、円錐形状とされ、円錐状の凸面鏡とされている以外は、図２に示した第２実施例と同様である。またこの構成は、図３に示した第３実施例にも適用可能である。
図６（ｂ）に本発明の第５実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。本実施例は、導光部材５の上端面に形成された凸部Ｃが、大小２つの半球面とされ、それぞれが球面状の凸面鏡とされている以外は、図２に示した第２実施例と同様である。またこの構成は、図３に示した第３実施例にも適用可能である。

図６（ｃ）に本発明の第６実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。本実施例は、導光部材５の上端面に形成された凸部Ｃが、半球面状部とその先端に形成された円錐状部とから構成され、それぞれが半球面状および円錐状の凸面鏡とされている以外は、図２に示した第２実施例と同様である。またこの構成は、図３に示した第３実施例にも適用可能である。

次に、本発明の導光部材の形状の違いによる被測定部への出力光量の相違について説明する。評価方法として以下のとおりである。
LED素子１の光軸より角度０度から８０度まで１０度ステップの光線解析を行ってプローブからの出力光量（照射面出力光量）を求めた。LED素子１の指向特性は、角度による差異はないものとし、全角度において出力強度（LED出力光量）を１とし、プローブからの出力光量は、反射による減光のみを考慮して、出力強度に光線反射による減光率０．９７のＮ乗として得られる値を乗じて算出した。ここでＮは反射回数を示す。すなわち出力光量はLED素子１の出力強度に対する百分率として表現される（以下これを出力光量率と称する）。

図７（ａ）〜７（ｃ）に導光部材５の形状の違いによるLED素子１から出射された光線が受ける反射の相違を示している。図７（ａ）は、図１に示した第１実施例の場合である（以下サンプルＩ）。図７（ｂ）は、図２に示した第２実施例の場合である（以下サンプルＩＩ）。図７（ｃ）は、導光部材５の上端面においてLED素子１の直上にLED素子１へ向かって突出する凸部がないものの場合である（以下サンプルＩＩＩ）。この例では、導光部材５の上端面のLED素子１の光軸に沿う断面形状は、楕円の短軸と交差する周の一部と一致しており、LED素子１の光軸と楕円の短軸とが一致している。

導光部材５の形状の違いによるプローブからの出力光量の評価結果を図８（ａ）および８（ｂ）に示す。図８（ａ）は、上述の光線解析結果を表にしたものであり、図８（ｂ）はその結果をグラフに表示している。
図８（ｂ）のグラフから、サンプルＩの出力光量率が９４．１％で最高であり、損失が非常に少ないことが判る。サンプルＩＩも８９．２％であって十分な出力光量が得られていることが確認できる。サンプルＩＩＩと比較すると、導光部材５の上端面の形状設計が出力光量の向上に大きく寄与していることが判る。

次にサンプルＩＩＩを例にとり、生体信号測定用プローブにおける導光部材５の高さ（厚み）寸法と、遮光ケース７の導光部材５の上端面に対向する面（LED搭載面）の形状の違いによるLED素子１から出射された光線が受ける反射の相違について説明する。
図９（ａ）は、図７（ｃ）に示したサンプルＩＩＩと同一であり、導光部材５の下端面からの高さを６．７mmとし、遮光ケース７のLED搭載面を平面の反射面とした例である。

また、図９（ｂ）は、導光部材５の下端面からの高さを６．７mmとし、遮光ケース７のLED搭載面を半球状の反射面とした例である（以下サンプルＩＶ）。
また、図９（ｃ）は、導光部材５の下端面からの高さを５．５mmとし、遮光ケース７のLED搭載面を半球状の反射面とした例である（以下サンプルＶ）。
上述の構成の違いによるプローブからの出力光量の評価結果を図１０（ａ）および１０（ｂ）に示す。評価方法はサンプルＩ〜ＩＩＩについて行なったものと同様である。図１０（ａ）は、上述の光線解析結果を表にしたものであり、図１０（ｂ）はその結果をグラフに表示している。

図１０（ｂ）のグラフから、LED搭載面は平面よりも曲面にした方が出力光量が大きく、導光部材５の下端面からの高さが高い程出力光量が大きくなることが確認できる。この事実は、サンプルＩＩＩのような上端面形状を有する導光部材５を用いても、その高さ寸法を適切に選択し、LED搭載面を曲面とすることにより出力光量を向上可能であることを示唆している。この構成を本発明の第７実施例とする。

図１１（ａ）および１１（ｂ）に、本発明の第８実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。
この実施例は、従来の生体信号測定用プローブにおいて、熱を発生する発光素子（LED素子）が測定部表面（被験者の皮膚）の近傍に配置されている場合には、その熱の影響により被験者が皮膚に火傷を負った事例が報告されている（非特許文献１参照）ことを前提にしたものである。

また、この実施例は、酸素飽和度測定装置の反射型プローブにおいて、１つの受光素子（PD素子)を中心としてその周囲に複数の発光素子（LED素子)を同一面で配置したもの（特許文献１）では、発光素子（LED)近傍の血管床が不均一である場合に問題が生じる点に対応するものであって、患者の装着部に低温熱傷を起こさせない生体信号の測定が可能で、且つ、操作者にとっては、患者に対する測定部位の自由度が広がったことで、容易な装着であるが信頼性のある測定が可能な生体信号測定用プローブである。

本実施例では、LED素子１の内部には、波長の異なる、例えば、赤色光（660nm近傍）及び赤外光（900nm近傍）の複数のLEDチップが実装されている。
ここで、発光素子に実装された２個のLEDチップからの波長の異なる、例えば、赤色光（660nm近傍）及び赤外光（900nm近傍）の特性について検討する。
各LEDチップ間の距離は、１mm程度であり、LEDチップから出射された光束は光源からの距離が大きくなるに従って広がりを持つ特性を備えている。

このようなLED素子を患者の皮膚に直接向けて照射させた場合の、赤色光(R)及び赤外光（IR)の拡がり具合を図１２（ａ）〜１２（ｃ）を用いて説明する。
図１２（ａ）は、LED素子の直下に患者の皮膚がある場合で、赤色光(R)及び赤外光(IR)は、殆ど重り合わず、患者の皮膚の別の部位に照射されていることが分かる。
図１２（ｂ）は、LED素子から３mmの位置に患者の皮膚がある場合で、赤色光(R)及び赤外光(IR)は、重り合あって、患者の皮膚の同じ部位に照射されることが分かる。

図１２（ｃ）は、LED素子から５mmの位置に患者の皮膚がある場合で、赤色光(R)及び赤外光(IR)は図１２（ｂ）の場合より重り合あって、患者の皮膚の同じ部位により照射される割合が多いことが分かる。
図１２（ｄ）は、LED素子から１０mmの位置に患者の皮膚がある場合で、赤色光(R)及び赤外光(IR)は図１２（ｃ）の場合より更に重り合あって、患者の皮膚の同じ部位により照射される割合が更に多いことが分かる。

患者の皮膚の同一の部位に赤色光(R)及び赤外光(IR)を照射して、その透過若しくは反射した光を受光素子で受光することが前提であるパルスオキシメータの原理からみて、図１２（ａ）の場合には、その前提が成立せずに、誤差の要因となる。
また、図１２（ｃ）や１２（ｄ）の場合には、患者の皮膚の異なる部位に照射される割合は小さくなるが、LED素子患者の皮膚から離したことによって、装置の高さ（厚み）が大きくなるという問題が生じる。

本実施例の生体信号測定用プローブでは、LED素子１からの出射光を直接患者の皮膚に照射せずに、導光部材５を経由させることでLED素子１から患者の皮膚までの距離を大きくすると共に、導光部材５内で拡散させて、赤色光(R)及び赤外光(IR)を患者の皮膚の同一の部位に照射するようにしている。
導光部材５の下端面から出射された照射光は、生体の被測定部位で反射されて受光窓３に進入し、赤色光（660nm近傍）及び赤外光（900nm近傍）が区別されてPD素子２に受光される。

図１３（ａ）および１３（ｂ）に、本発明の第９実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。本実施例は、上述の各実施例とプローブの形状が異なる。
上述の各実施例では、円形の受光素子の受光窓３を中心として同心円状に遮光ケース７、導光部材５、遮光カバー６が配置されている（例えば図１１（ｂ）参照）。本実施例では、図１３（ｂ）に示すように、ほぼ四角形の受光素子の受光窓３を中心として同心状に遮光ケース７、導光部材５、遮光カバー６が配置されている。

図１３（ａ）は、四角形状のプローブの対角線に沿う断面に相当する。上述の各実施例において示した導光部材５の断面形状を適宜組合せ可能である。
図１４（ａ）および１４（ｂ）に、本発明の第１０実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。本実施例は、上述の各実施例とプローブの形状が異なる。
本実施例では、図１４（ｂ）に示すように、円形の受光素子の受光窓３を中心として同心状に遮光ケース７、導光部材５が配置されており、遮光ケース７と導光部材５の一部のみがプローブの底面に露出するように遮光カバー６が形成されている。導光部材５の断面形状については、上述した各実施例に示したものを適宜組合せ可能である。

図１５に、本発明の第１１実施例に係る生体信号測定用プローブを示す。本実施例では、導光部材５の頂部にLED素子１が配置されている。導光部材５の上端面のLED素子１の光軸に沿う断面形状は、第７実施例と同様に、楕円の短軸と交差する周の一部と一致しており、LED素子１の光軸と楕円の短軸とが一致している。LED素子１から出射された光は、導光部材５の端面による反射と光拡散材料による散乱を受けながら導光部材５内を進行し、その下端面より出射されて被測定部を照射する。被測定部により反射された光は受光窓３に進入し、受光素子２により受光される。

本発明の生体信号測定用プローブによれば、患者の装着部に低温熱傷を起こさせない生体信号の測定が可能で、且つ、操作者にとっては、患者に対する測定部位の自由度が広がったことで、容易な装着であるが信頼性のある測定が可能である。
また、光拡散物質が混ぜられていることによりプローブより出射される光量が位置に依らず均一となることにより、より正確な測定が可能となった。

例えば、呼吸による胸腔内圧変動に伴う末梢血管床の血液量の変化や脈振幅の変化を、単一波長の光を被測定部に照射した時の受光強度波形の変動より呼吸信号として検出することが可能である。図１６（ａ）および図１６（ｂ）に、LED素子１を患者の皮膚に直接向けて、単一波長の光を照射した場合の受光強度波形を示す。図１６（ａ）の透過光強度波形に周期的に現れるピーク同士の間隔を呼吸周期と見なすことが可能である。図１６（ｂ）には脈振幅の変化を示す（但し脈波成分のみ抽出拡大して表示している）。

本発明の生体信号測定用プローブによれば、発光素子からの光を生体に照射する導光部材の構成を改善することによって、プローブの厚みを薄くして、小型化することが可能であり、発光素子から出射されて生体へ入射する光の損失を少なくできる。

本発明の第１実施例に係る生体信号測定用プローブの断面図である。 本発明の第２実施例に係る生体信号測定用プローブの断面図である。 本発明の第３実施例に係る生体信号測定用プローブの断面図である。 本発明の生体信号測定用プローブにおける発光素子及び受光素子へ配線状態を示す図である。 本発明の生体信号測定用プローブにおける発光素子及び受光素子の基板上での配置及びその基板のプローブへの取付け方法を説明するための図である。 本発明の第４〜６実施例に係る生体信号測定用プローブの断面図である。 導光部材の形状の違いによるLED素子から出射された光線の反射状態の違いを示す図である。 導光部材の形状の違いによるLED素子から出射された光線の反射状態の評価結果を示す図である。 導光部材の下端面からの高さ及びLED素子搭載面の形状の違いによるLED素子から出射された光線の反射状態の違いを示す図である。 導光部材の下端面からの高さ及びLED素子搭載面の形状の違いによるLED素子から出射された光線の反射状態の評価結果を示す図である。 本発明の第８実施例に係る生体信号測定用プローブを示す図である。 LED素子を患者の皮膚に直接向けて照射させた場合の、赤色光(R)及び赤外光（IR)の拡がり具合を示す図である。 本発明の第９実施例に係る生体信号測定用プローブ示す図である。 本発明の第１０実施例に係る生体信号測定用プローブを示す図である。 本発明の第１１実施例に係る生体信号測定用プローブの断面図である。 LED素子から単一波長の光を被測定部に照射した時の透過光強度波形の変動と脈振幅の変化を示す図である。

符号の説明

１：発光素子(LED)
２：受光素子（PD)
３：受光窓
４：基板
５：導光部材
６：遮光カバー
７：遮光ケース
８：平面鏡９：反射面Ａ，Ｂ：楕円の焦点
Ｃ：頂部

Claims (13)

1. 生体上の被測定部へむけて少なくとも１つの波長の光を照射光として照射可能とされた生体信号測定用プローブであって、
   前記少なくとも１つの波長の光を出射可能な発光素子と、
   導光部材であって、前記発光素子と対向する第１部分と該第１部分を包囲する第２部分を含む光反射性の第１端面と、該第１端面と交差する光反射性の第２端面と、該第２端面と交差すると共に該第１端面と対向する光透過性の第３端面を有し、前記発光素子から出射された光の少なくとも一部を、該第１端面と該第２端面の少なくとも一方で反射しつつ該第３端面より前記照射光として出射させるものと、
   前記被測定部より反射した光を受光可能とされた受光素子とを具備して成り、
   前記第１端面の前記発光素子の光軸に沿う向きの断面形状は、少なくとも前記第２部分が楕円の短軸と交差する周の一部と一致しており、発光素子の光軸と該楕円の短軸とが一致するように構成されていることを特徴とする生体信号測定用プローブ。
2. 前記発光素子は、前記楕円の一方の焦点に対応する位置に配置され、
   前記第１端面の少なくとも前記第２部分は、前記発光素子に対して凹とされ、
   前記導光部材の前記第２端面上の一点は、該楕円の他方の焦点に対応する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定用プローブ。
3. 前記発光素子は、前記楕円の一方の焦点に対応する位置に配置され、
   前記第１端面の前記第１部分は、前記発光素子に向かって突出した第１凸部とされ、前記第２部分は前記発光素子に対して凹とされることを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定用プローブ。
4. 前記第１凸部は半球形状であることを特徴とする請求項３に記載の生体信号測定用プローブ。
5. 前記第１凸部は円錐形状であることを特徴とする請求項３に記載の生体信号測定用プローブ。
6. 前記第１凸部上に、前記発光素子に向かって突出した半球形状または円錐形状の第２凸部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の生体信号測定用プローブ。
7. 前記発光素子が載置される支持部材と、
   前記支持部材上の前記第１端面に対向する部分に設けられた平面鏡とを更に具備して成り、
   前記発光素子より出射された光は、前記第１端面と前記平面鏡により反射されて前記第３端面に導かれることを特徴とする請求項３に記載の生体信号測定用プローブ。
8. 前記発光素子より出射された光は、前記第１端面の第１部分と前記第２端面により反射されて前記第３端面に導かれることを特徴とする請求項３に記載の生体信号測定用プローブ。
9. 前記発光素子が載置される支持部材を更に具備して成り、
   前記支持部材における前記第１端面に対向する部分は、該第１端面に対して凸とされた光反射性の面として構成されることを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定用プローブ。
10. 前記第１端面の前記第１部分と前記第２部分は、前記発光素子に対して凸とされていることを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定用プローブ。
11. 前記発光素子および前記受光素子と電気的に接続される配線材を更に具備して成り、
    該配線材は、前記第２端面より導出されることを特徴とする請求項１〜１０に記載の生体信号測定用プローブ。
12. 第１の面上に第１領域と第２領域を有し、該第１領域と該第２領域が逆向きとなるように折り曲げられた状態で配置された基板を更に具備して成り、
    前記発光素子は前記第１領域に載置され、前記受光素子は前記第２領域に配置されることを特徴とする請求項１〜９に記載の生体信号測定用プローブ。
13. 前記第１領域と前記第２領域の間に形成され、前記基板よりも低い熱伝導率を有する層を更に具備して成る請求項１２に記載の生体信号測定用プローブ。

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