(57)【要約】【課題】  非侵襲脂質計測により、血圧を測定する装置を提供する。【解決手段】  表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射する照射部と、照射部から、周期性を有する光が第１層及び第２層を通過して周期性を失った光となって検出される距離に配置され、被検体から放出された周期性を失った光の強度を検出する光強度検出部と、周期性を失った光の強度から被検体内の血圧を算出する制御部とを有する。【選択図】  図１
2020156714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に第１層と前記第１層の下部に前記第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射する照射部と、
前記照射部から、前記周期性を有する光が、前記第１層及び前記第２層を通過して、周期性を失った光となって検出される距離に配置され、前記被検体から放出された前記周期性を失った光の強度を検出する光強度検出部と、
前記周期性を失った光の強度から前記被検体内の血圧を算出する制御部と、
を有することを特徴とする血圧計測装置。
【請求項２】
前記周期性を有する光が前記周期性を失った光となって検出される距離は、前記照射部からの入射光強度に対し1/20以上の受光強度が得られる距離である、請求項１に記載の血圧計測装置。
【請求項３】
前記周期性を有する光が前記周期性を失った光となって検出される距離は、FFT解析で前記照射部からの光の周期が確認できない距離である、請求項１に記載の血圧測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、所定の期間における前記周期性を失った光の強度の最大値と最小値との差から前記被検体の血圧を算出する、請求項１に記載の血圧測定装置。
【請求項５】
前記所定の期間は、略100msである、請求項４に記載の血圧計測装置。
【請求項６】
表面に第１層と前記第１層の下部に前記第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射する照射部と、前記照射部から、前記周期性を有する光が、前記第１層及び前記第２層を通過して、周期性を失った光となって検出される距離に配置され、前記被検体から放出された前記周期性を失った光の強度を検出する光強度検出部と、を有するユーザー装置に、通信可能に接続した血圧計測装置であって、
前記ユーザー装置から送信された前記周期性を失った光の強度から前記被検体内の血圧を算出する制御部を有することを特徴とする血圧計測装置。
【請求項７】
表面に第１層と前記第１層の下部に前記第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射し、
前記照射位置から、前記周期性を有する光が、前記第１層及び前記第２層を通過して、周期性を失った光となって検出される位置での、前記被検体から放出された前記周期性を失った光の強度を検出し、
前記周期性を失った光の強度から前記被検体内の血圧を算出する、
ことを特徴とする血圧計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血圧を計測する装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光を用いた生体計測では、吸収と散乱の２つの現象を利用するために、分析において様々な工夫がなされてきた。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一度の計測で散乱係数と吸収係数を導き出す方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第2014/087825号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この手法においては、被検体が均一層であることが前提であることから、複数の層からなる生体計測において、さらなる精度向上が必要であった。さらに、生体計測の精度が向上すれば血圧を測定できる可能性もある。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされた発明であって、非侵襲脂質計測により、血圧を計測する装置及びその方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の血圧計測装置は、表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射する照射部と、照射部から、周期性を有する光が第１層及び第２層を通過して周期性を失った光となって検出される距離に配置され、被検体から放出された周期性を失った光の強度を検出する光強度検出部と、周期性を失った光の強度から被検体内の血圧を算出する制御部とを有する。
【０００８】
本発明の血圧計測装置は、表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射する照射部と、照射部から、周期性を有する光が第１層及び第２層を通過して周期性を失った光となって検出される距離に配置され、被検体から放出された周期性を失った光の強度を検出する光強度検出部と、を有するユーザー装置に、通信可能に接続し、ユーザー装置から送信された周期性を失った光の強度から被検体内の血圧を算出する制御部を有することを特徴とする血圧計測装置。
【０００９】
また、本発明の血圧計測方法は、表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射し、照射位置から、周期性を有する光が第１層及び第２層を通過して周期性を失った光となって検出される位置での、被検体から放出された周期性を失った光の強度を検出し、周期性を失った光の強度から被検体内の血圧を算出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の血圧計測装置及びその方法によれば、血圧を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】光の周期性を示す図である。
【図２】光の周期性の乱れを示す図である。
【図３】２層系を示す図である。
【図４】波高と血圧の相関を示す図である。
【図５】実施形態の血圧計測装置の構成例を示す図である。
【図６Ａ】光強度検出部が対面に配置された例を示す図である。
【図６Ｂ】光強度検出部が対面に配置された例を示す図である。
【図７】実施形態の血圧計測装置のブロック図である。
【図８】他の実施形態の血圧計測装置の構成例を示す図である。
【図９】実施形態の血圧計測方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、実施形態の血圧計測装置及びその方法の測定原理について説明する。
【００１３】
図１に示すように、蛍光灯のように周期を持った光は周期性を持って発光し、受光強度変化もそれに従う。
【００１４】
周期性を有する光が散乱吸収体に入射すると、図２に示すように、その周期性は失われる。ここで、入射した光の所定の時間内の受光強度の最大値（図中のＡ）と最小値（図中のＢ）との差（図中のＣ）を波高という。この周期性は一見乱雑に見えるが、周期性が失われたように見えていても、吸収散乱体によって最も吸収の影響が少ない光子が最大値、最小値を示し、吸収により損失した光子が乱雑さとして現れる。
【００１５】
この現象は、例えば、図３に示した、散乱体薄膜層（第１層）とその下部の吸収散乱体（第２層）からなる２層系などに適用できる。屈折率が異なる２層の場合、入射光Ｘは第１層で拡散し、第２層に入射する光量は減少する。
【００１６】
つまり、受光部Ａにおいては、散乱のみで吸収を受けていない光と、散乱吸収の２種の影響を受けた２つの光を受光していることになる。
【００１７】
受光部Ａのように、入射部と受光部との間が比較的短い場合は、波形の乱雑さや、波高や測定値の減少から、吸収散乱体による光の吸収による影響を受ける。この距離における波高解析は、後方へ鋭角に反射され、かつ吸収を含むことから、波長よりも大型の吸収散乱体である血球の影響が大きいと想定される。
【００１８】
そこで、本発明者は、図３の受光部Ａのように、入射部と受光部との間が比較的短い場合の波高（図２の受光強度の測定値の差Ｃ）と血圧との相関を検証した。血圧は、最大血圧を想定し、間接的に毛細血管が拡張するなどし、光路の血液比率が増大していると考えられるためである。
【００１９】
ここでいう入射部と受光部との短い距離とは、入射光の周期が失われて検出される領域である。例えば、入射部と受光部との距離は、受光強度で言えば入射光強度に対し1/20以上の強度が得られるか、もしくは、FFT解析で光の周期が失われて確認できない距離である。例えば、FFT解析で確認される光の周期性の判断はFFT解析で目的とする周波数の前後10Hzの強度値の1.1倍より大きい場合に周期性があると判断できる（すなわち、計測可能FFT強度比＞(目的周波数のFFT時のIntensity)/ {[ (目的周波数+10HzのFFT時のIntensity)+ (目的周波数-10HzのFFT時のIntensity) ]/2}＝1.1））。逆にいえば、FFT解析で確認される光の周期性の判断は、FFT解析で目的とする周波数の前後10Hzの強度値より1.1倍以下の場合に周期性が失われたと判断できる。
【００２０】
図４に波高と血圧の相関を示す。図に示すように、被験者6名に対し、1日6回、光計測と血圧計測を実施した。その結果、相関は0.7以上となり、血圧を計測できていることが確認できた。
【００２１】
なお波高は、１点のみの波高の場合、計測可能であるが、吸収と散乱が含まれるため、計測誤差を生じやすい。そこで、同一距離で複数点で受光したり、距離を変化させた際の波高強度の変化率などから、計測時の誤差を平滑化することが望ましい。
【００２２】
なお、波高は振幅の大きさがわかればよく、計測時間内における波高の測定値の中央値や平均値と、最大値や最小値の幅であってもよい。また、波高の測定値の平均値とピークトップの差、あるいは、波高の測定値の平均値とピークボトムの差、すなわち半値で分析しても良い。
【００２３】
以下に実施形態を図面を用いて説明する。
【００２４】
図５は、実施形態の血圧計測装置１００の構成例を概略的に示す図である。図５に示すように血圧計測装置１００は、照射部１１、光強度検出部１２、及び、制御部１３を有する。
【００２５】
実施形態の照射部１１は、光強度検出部１２から所定の距離ρを置いて、配置される。照射部１１は、周期性を有する光を、表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体Ｃに照射する。照射部１１は、例えば、蛍光灯、LED、レーザー、白熱灯、HID、ハロゲンランプ等である。また、照明部１１は、周期的に開閉するシャッターなどの機構を設けることにより、遮光時間を調整し、連続的に照射される照射光に周期性を持たせてもよい。照射部１１の照度は、制御部１３により制御される。
【００２６】
照射部１１は、波長範囲を血漿の無機物によって光が吸収される波長範囲以外に調整できる。照射部１１は、血液の細胞成分によって光が吸収される波長範囲以外に調整できる。ここで、血液の細胞成分とは、血中の赤血球、白血球及び血小板である。血漿の無機物とは、血中の水及び電解質である。
【００２７】
なお、実施形態では、周期性を有する光源である照射部１１を血液計測装置１００が有することとしたが、血液計測装置１００が設置される室内の蛍光灯、ＬＥＤ照明等からの光を利用してもよい。この場合、血液計測装置１００に照射部１１を設けることは不要となる。
【００２８】
実施形態の光強度検出部１２は、被検体Ｃ内から被検体Ｃ外に放出される光を受光する。光強度検出部１２は、照射部１１から、周期性を有する光が被検体Ｃの第１層及び第２層を通過して周期性を失った光となって検出される距離ρに配置される。実施形態の光強度検出部１２は、フォトダイオードである。光強度検出部１２は、フォトダイオードに限られず、CCDやCMOSでもよい。光強度検出部１２は、被検体から放出された周期性を失った光の強度を検出する。光強度検出部１２は、波長を可視光以外に設定し、その波長を受光できるものでもよい。光強度検出部１２は、制御部１４により制御される。光強度検出部１２は、検知した光強度を制御部１４に送信する。
【００２９】
また、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、光強度検出部１２（図中の受光部）は、被検体を挟んだ照射部１１の対面に配置されてもよい。耳たぶや指先など、比較的厚みがなく、光が貫通しやすい場所を測定する場合には、このような配置もできる。照射部及び光強度検出部（図中の受光部）は被検体に接触してもよいし（図６Ｂ）、接触しなくてもよい（図６Ａ）。
【００３０】
次に、血圧計測装置１００の制御系の構成について説明する。図７は実施形態の血圧計測装置１００のブロック図である。システムバス１３２を介して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３４、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１３５、外部Ｉ／Ｆ（Interface）１３６、照射部１１、及び、光強度検出部１２が接続される。ＣＰＵ１３１とＲＯＭ１３３とＲＡＭ１３４とで制御部１３を構成する。
【００３１】
ＲＯＭ１３３は、ＣＰＵ１３１により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。
【００３２】
ＲＡＭ１３４は、ＣＰＵ１３１が実行するプログラムを展開するエリアと、プログラムによるデータ処理の作業領域となるワークエリアなどの様々なメモリエリア等を有する。
【００３３】
ＨＤＤ１３５は、血圧と波高の相関を複数人で作成し検量線としたデータを記憶する。
【００３４】
外部Ｉ／Ｆ１３６は、例えばクライアント端末（ＰＣ）などの外部装置と通信するためのインターフェースである。外部Ｉ／Ｆ１３６は、外部装置とデータ通信を行うインターフェースであれば良く、たとえば、外部装置にローカルに接続する機器（ＵＳＢメモリ等）であっても良いし、ネットワークを介して通信するためのネットワークインターフェースであっても良い。
【００３５】
以上のような構成を備える血圧計測装置１００において、予め設定されているプログラムに基づいて、血圧計測装置１００は血圧計測ジョブを実行する。
【００３６】
制御部１３は、光強度検出部１２が検知した周期性を失った光の強度から、波高を算出する。
【００３７】
波高は下記式にて算出できる。
波高＝受光強度tp(mV)−受光強度tb(mV)
【００３８】
ここで、受光強度tp(mV)は、所定の期間における、照明光の周期的な変化により生じる受光強度変化の、ピークトップの受光強度を示す。100msの受光強度変化においては図２のＡがピークトップの受光強度に相当する。受光強度tb(mV)は、所定の期間における、周期的な受光強度変化のボトムの受光強度を示す。100msの受光強度変化においては図２のＢがボトムの受光強度に相当する。したがって、100msの受光強度変化における波高は図２中のＣとなる。また、tpは受光強度変化がピークトップとなる時点を示す。tbは受光強度変化のボトムとなる時点を示す。なお、実施形態では所定の期間を100msとしたが、これに限られず、約100ms付近、もしくは、他の期間としてもよい。
【００３９】
室内光を用いる場合などで、複数光源が存在する場合、光源の発光強度差などから、肩を持った波形となる場合もあるが、その場合においても、上記記載の通り、計測時におけるピークトップとピークボトムを採用すれば良い。
【００４０】
また、周期的な変化量の算出にあたり、波高を、平均値とピークトップの差、あるいは平均値とピークボトムの差、すなわち半値として分析しても良い。
【００４１】
制御部１３は、波高（所定の期間における周期性を失った光の受光強度の最大値と最小値との差）に基づいて、血圧を算出する。この算出法は、例えば、図５に示すような、波高と血圧の相関を複数人で作成し、それを検量線としたデータをＨＤＤ１３５に保持し、制御部１３は、当該データから波高に対応する血圧を算出する。波高を、所定の期間における受光強度の平均値とピークトップの差、あるいは平均値とピークボトムの差、すなわち半値として血圧との相関をとってもよい。
【００４２】
なお、実施形態では、照射部と受光強度検出部と制御部を一体の装置として構成したが、これに限られず、例えば、照射部と光強度検出部として携帯端末（スマートフォン、タブレット、ＰＣ）などのユーザー装置に備わる照明（ＬＥＤ等）等やセンサ（ＣＭＯＳ等）等を利用し、制御部を、ユーザー装置とネットワーク接続したサーバー装置等に設置してもよい。
【００４３】
実施形態の血圧計測装置は、表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射する照射部と、照射部から照射された周期性を有する光が、第１層及び第２層を通過して、周期性を失った光となって検出される距離に配置され、被検体から放出される周期性を失った光の強度を検出する光強度検出部と、を有するユーザー装置に、通信可能に接続する。血圧計測装置は、ユーザー装置から送信された周期性を失った光の強度から波高を求め、波高から被検体内の血圧を算出する制御部を有する。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態の血圧計測装置と同じであるため説明を省略する。
【００４４】
図８は、他の実施形態の血圧計測装置の構成を示す図である。
【００４５】
実施形態の血圧計測システムは、光強度を測定するユーザー装置３００と、当該光強度から血圧を算出する血圧計測装置２００から構成される。ユーザー装置３００と血圧計測装置２００は、無線又は有線通信網Ｎを介してネットワーク接続される。
【００４６】
血圧計測装置２００は、ユーザー装置３００から送信された光強度に基づいて所定の処理を行い、血圧を算出するための装置であり、具体的には、パーソナルコンピュータや、装置の台数や送受信するデータ量によってはサーバー装置が適宜用いられる。
【００４７】
ユーザー装置３００は、ユーザーが所持する装置であり、単独の装置である場合もあり、携帯電話、腕時計等に搭載される場合もある。
【００４８】
ユーザー装置３００は、表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射する照射部３１と、周期性を有する光が、第１層及び第２層を通過して、周期性を失った光の強度を検出する光強度検出部３２と通信部３３とを有する。通信部３３は、光強度検出部３２で検出された周期性を失った光の強度を送信する。照射部３１と光強度検出部３２の動作・機能については上記実施形態と同様である。
【００４９】
血圧計測装置２００は、通信部２４と制御部２３とを有する。通信部２４は、通信部３３から送信された周期性を失った光の強度を有線又は無線ネットワークＮを介して受信し、制御部２３へ送信する。制御部２３の動作・機能については上記実施形態の制御部１３と同様である。
【００５０】
なお、本実施形態では、ユーザー装置３００から血圧計測装置２００へ、ネットワークＮを介して周期性を失った光の強度を送信したが、これに限られず、ユーザー装置３００と血圧計測装置２００とが、ネットワークＮを介さずに直接接続し、有線通信や無線通信等の手段により光強度を送信してもよい。
【００５１】
次に、実施形態の血圧計測方法について説明する。図９は、実施形態の血圧計測方法のフローチャートである。
【００５２】
実施形態の血圧計測方法は、照射部が、所定の照射位置に、表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射し（ＳＴＥＰ１０１）、光強度検出部が、照射位置から、周期性を有する光が、第１層及び第２層を通過して、周期性を失った光となって検出される位置で、被検体から放出される周期性を失った光の強度を検出し（ＳＴＥＰ１０２）、制御部が、周期性を失った光の強度から波高を求め（ＳＴＥＰ１０３）、波高から血圧を求める（ＳＴＥＰ１０４）。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態の血圧計測装置と同じであるため説明を省略する。
【００５３】
次に、実施形態の血圧計測プログラムについて説明する。
【００５４】
装置は、表面に第１層と第１層の下部に第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射する照射部と、照射部から、周期性を有する光が、第１層及び第２層を通過して、周期性を失った光となって検出される位置に配置され、被検体から放出される周期性を失った光の強度を検出する光強度検出部と、を有するユーザー装置に、通信可能に接続する。
【００５５】
実施形態の血圧計測プログラムは、装置のコンピュータに、ユーザー装置から送信された周期性を失った光の強度から波高を求め、波高から血圧求める処理を実行させる。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００５６】
以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１００：血圧計測装置
１１：照射部
１２：受光強度検出部
１３：制御部
【図１】
2020156714.tif 000003
【図２】
2020156714.tif 000004
【図３】
2020156714.tif 000005
【図４】
2020156714.tif 000006
【図５】
2020156714.tif 000007
【図６Ａ】
2020156714.tif 000008
【図６Ｂ】
2020156714.tif 000009
【図７】
2020156714.tif 000010
【図８】
2020156714.tif 000011
【図９】
2020156714.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月11日(2020.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
表面に第１層と前記第１層の下部に前記第１層より光を吸収する第２層とを有する被検体へ周期性を有する光を照射し、
前記周期性を有する光の照射位置から、前記周期性を有する光が、前記第１層及び前記第２層を通過して、周期性を失った光となって検出される位置での、前記被検体から放出された前記周期性を失った光の強度を検出し、
前記周期性を失った光の強度から前記被検体内の血圧を算出する、
ことを特徴とする血圧計測方法。