赤血球中のヘモグロビンは、酸素を取り込むと鮮やかな赤色になり、取り込んでいないと暗赤色になることが、よく知られています。赤色に見えるのは赤色光を吸収しなくなるからです。一方、赤外光は酸素を取り込んでも、取り込まなくても透過します。

　この光を吸収する特性を図2で説明します。

図2　ヘモグロビンの吸光特性（波長依存性）

　赤色光に相当する光の波長（660nm［］）のところでは、酸素を含まないヘモグロビンは光を吸収しますが、酸素を含むと吸収し難くなり、両者の間に吸収差が生じます。一方、赤外光に相当する波長（940nm［］）のところでは、酸素を含んでも含まなくても光を吸収し難く、そのまま透過します。

　そこで、図1に示すように、人差し指の表側に赤色光と赤外光とを同時に照射するLEDを設け、裏側に受光センサーを置いておのおの強度を測定すると、両者の吸光係数の差によって受光センサーに到達する光の強度に差が生じます。

* ：100nm（100ナノメータ）＝10^-7m＝10^-4mm（1万分の1mm）

　すなわち、酸素を取り込んだヘモグロビンが多く通過したときは、受光センサーに到達する赤色光の強度は強くなり、赤外光との比が大きくなります。一方、酸素を取り込んでいないヘモグロビンが多く通過したときは、両者の比が小さくなります。この赤色光と赤外光との強度比を取ることにより、酸素飽和度を測定することができます。

　また、動脈では血液がドクドクと音がするように、血流に強弱があるので、この周期を測ることによって脈拍も測定できます。

【訂正】センサーが受光する光の強度の説明箇所で一部誤りがありました。お詫びして訂正いたします（編集部：2020年7月29日午前7時）

パルスオキシメーターの用途

画像1　パルスオキシメーターのイメージ

　パルスオキシメーターは、血液を採取して検査する必要がなく、手軽に血中酸素濃度を測定できることから、いろいろな用途に使われています。

　病院内では、さまざまな場面での患者の状態チェック、病院外では、救急車両への搭載、訪問介護や老人施設での高齢者などの健康チェック、さらに健常者向けでは、航空機会社の従業員の健康管理、スポーツ分野では、登山、高所トレーニング、低酸素室トレーニングなどと、その適用が広がっています。

パルスオキシメーター使用上の注意

　パルスオキシメーターは、誰でも簡単に扱え、測定精度も高いなど、良い点が多くありますが、使用環境や条件によっては、測定誤差が生じる恐れもあります。ここで、取り扱い上の注意を述べます。

　まず、使用環境では、周囲に電磁波を発生する医療機器やTV、携帯電話などの電化製品、ならびに、強い光を発する照明器具、赤外線ランプ、直射日光などが誤差の要因として考えられます。

　また、患者自身が持っているさまざまな内部疾患の中で、血中のヘモグロビンや色素に影響を与えるものがあり、誤差の要因になることがあります。さらに、患者自身が爪にマニュキュアなどを塗っていると、LEDの光を一部吸収するので正しく測定できません。

　これらの点を注意した上で使用すれば、人の健康状態を手軽に、かつ正確に把握できる有用なセンサーとなり、今後もその活用の場が広がることが期待されます。

今回の問題

　それでは、IoT関連の知識・スキルアップに役立つ問題をお届けします！　今回はIoT検定スキルマップの「デバイス－デジタル処理のセンサー」に該当する設問です（※）。