(57)【要約】【課題】動物の心拍を適切に測定すること。【解決手段】生体情報測定装置は、対象物に対して照射光を照射する少なくとも１つの発光素子と、対象物で反射された照射光の反射光を検知する複数の受光素子と、反射光の検知信号を複数の受光素子から取得する取得部と、複数の受光素子から取得した複数の検知信号を同期させ、かつ複数の検知信号を加算して生体情報を算出する算出部と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して照射光を照射する少なくとも１つの発光素子と、
前記対象物で反射された前記照射光の反射光を検知する複数の受光素子と、
前記反射光の検知信号を複数の前記受光素子から取得する取得部と、
複数の前記受光素子から取得した複数の前記検知信号を同期させ、かつ複数の前記検知信号を加算して生体情報を算出する算出部と、
を備える生体情報測定装置。
【請求項２】
前記発光素子と、前記受光素子とは、所定の方向に沿って線状に配置されている、
請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項３】
前記発光素子と、前記受光素子とは、動物用の首輪の内側の周方向に沿って間隔を空けて配置されている、
請求項１または２に記載の生体情報測定装置。
【請求項４】
前記発光素子と、前記受光素子とは、一対の発光受光ユニットである、
請求項１から３のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。
【請求項５】
前記算出部は、複数の前記検知信号のうち、相互相関値が大きい前記検知信号の組み合わせを抽出して相互相関関数を導出し、前記相互相関関数のピークに基づいて、前記生体情報を算出する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。
【請求項６】
前記算出部は、複数の前記検知信号を、振幅値に基づいて、第一の群と、第二の群とにクラスタリングし、前記第一の群と、前記第二の群との振幅値の統計値をそれぞれ算出し、前記統計値に基づいて前記生体情報を算出する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。
【請求項７】
前記算出部は、前記統計値を予め定めた閾値に従って、第一の値と、第二の値に二値化し、前記第一の値の時間間隔の分散に基づいて前記生体情報を算出する。
請求項６に記載の生体情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子と、受光素子とを用いて、ペットなどの動物の脈拍を測定する装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、入院しているペットの心拍数を長時間にわたって測定し、かつペットの容態を監視できる遠隔監視装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７８６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の遠隔監視装置は、ペットの心拍数を測定するためのセンサユニットが、ペットに装着される首輪の中央部分の内側に取り付けられている。特許文献１に記載のセンサユニットは、１個の光電式脈波センサ部を有している。首輪に取り付けられる１個の光電式脈波センサ部しか持たないセンサユニットでは、光電式脈波センサ部の位置がペットの頸動脈の位置からずれた場合、心拍が正しく測定できない可能性がある。そのため、ペットの心拍数を正しく測定することのできる首輪型の心拍計が求められている。
【０００６】
本発明は、動物の心拍を適切に測定することのできる、生体情報測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の生体情報測定装置は、対象物に対して照射光を照射する少なくとも１つの発光素子と、前記対象物で反射された前記照射光の反射光を検知する複数の受光素子と、前記反射光の検知信号を複数の前記受光素子から取得する取得部と、複数の前記受光素子から取得した複数の前記検知信号を同期させ、かつ複数の前記検知信号を加算して生体情報を算出する算出部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、動物の心拍を適切に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る生体情報測定装置の適用例を示す模式図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る生体情報測定装置の適用例を示す模式図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る生体情報測定装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る生体情報測定装置の構成例を示す模式図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る生体情報測定装置の構成例を示す模式図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る検知信号の一例を示す波形図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る生体情報測定装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本実施形態に係る生態情報測定装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本実施形態に係る生体情報測定装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含む。
【００１１】
図１と、図２とを用いて、本実施形態に生体情報測定装置の適用例について説明する。図１は、本実施形態に係る生体情報測定装置の適用例を説明するための模式図である。図２は、本実施形態に係る生体情報測定装置の適用例を説明するための模式図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係る生体情報測定装置１は、例えば、ペットＰなどの動物に取り付けられる。生体情報測定装置１は、例えば、ペットＰの首輪に取り付けられる。この場合、生体情報測定装置１は、ペットＰの生体情報を測定する。生体情報測定装置１は、例えば、ペットＰの脈拍数を測定する。本実施形態において、ペットＰの脈拍数は、例えば、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）を含む発光素子と、ＰＤ（Photo  Diode）を含む受光素子とを含む発光受光ユニット１０で測定される。
【００１３】
図２は、ペットＰに取り付けられるペットＰの首輪２を示している。すなわち、生体情報測定装置１は、例えば、首輪型のウェアラブル端末である。この場合、生体情報測定装置１は、首輪２の内側２ａの周方向に沿って設けられる。具体的には、生体情報測定装置１は、例えば、首輪２をペットＰに取り付けた際に、生体情報の測定部（発光受光ユニット１０）がペットＰに密着するように設けられる。この場合、首輪２の使用性という観点から、生体情報測定装置１は、生体情報の測定部が首輪２の内側２ａに埋め込まれており、生体情報の測定部の表面が首輪２の内側２ａの表面と同一の高さとなっていることが好ましい。なお、生体情報の測定部は、首輪２の内側２ａの表面から突出していてもよい。
【００１４】
図３を用いて、本実施形態に係る生体情報測定装置の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る生体情報測定装置の構成の一例を示す模式図である。
【００１５】
図３に示すように、生体情報測定装置１は、第一発光受光ユニット１０−１と、・・・、第Ｎ発光受光ユニット１０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、生体情報算出装置１００とを含む。すなわち、生体情報測定装置１は、複数の発光受光ユニットを含む。
【００１６】
第一発光受光ユニット１０−１は、ペットＰの生体情報を測定する。第一発光受光ユニット１０−１は、例えば、ペットＰの脈拍数を測定する。第一発光受光ユニット１０−１は、例えば、第一発光素子１１−１と、第一受光素子１２−１とを備える。
【００１７】
第一発光素子１１−１は、照射光を照射する。具体的には、第一発光素子１１−１は、ペットＰの首の血管に対して照射光を照射する。第一発光素子１１−１は、例えば、ペットＰの首の頸動脈に対して照射光を照射することが好ましい。第一発光素子１１−１は、例えば、ＬＥＤで実現することができる。具体的には、第一発光素子１１−１は、例えば、赤外光を照射するＬＥＤで実現することができる。
【００１８】
第一受光素子１２−１は、種々の光を受光する。第一受光素子１２−１は、ペットＰの首の血管に対して照射された照射光の反射光を受光する。この場合、第一受光素子１２−１は、例えば、血管が収縮した状態で照射光が照射された場合、比較的強い反射光を受光する。第一受光素子１２−１は、例えば、血管が拡張した状態で照射光が照射された場合、比較的弱い反射光を受光する。第一発光受光ユニット１０−１は、受光した反射光の強弱で、ペットＰの脈拍を測定する。第一受光素子１２−１は、ペットＰの脈拍数の測定結果を取得部１２１に出力する。
【００１９】
第Ｎ発光受光ユニット１０−Ｎは、第一発光受光ユニット１０−１の構成と同じなので、説明は省略する。
【００２０】
図４と、図５とを用いて、本実施形態に係る生体情報測定装置の構成例について説明する。図４は、本実施形態に係る生体情報測定装置の構成例を示す模式図である。図５は、本実施形態に係る生体情報測定装置の図４とは異なる構成例を示す模式図である。
【００２１】
図４は、生体情報測定装置１の発光受光ユニット１０の配置例を示している。図４に示すように、生体情報測定装置１は、例えば、首輪２の内側２ａにおいて、第一発光受光ユニット１０−１と、第二発光受光ユニット１０−２と、第三発光受光ユニット１０−３とを備えている。第一発光受光ユニット１０−１と、第二発光受光ユニット１０−２と、第三発光受光ユニット１０−３とは、線状に配置されている。
【００２２】
第一発光受光ユニット１０−１は、第一発光素子１１−１と、第一受光素子１２−１とを有する。第二発光受光ユニット１０−２は、第二発光素子１１−２と、第二受光素子１２−２とを有する。第三発光受光ユニット１０−３は、第三発光素子１１−３と、第三受光素子１２−３とを有する。すなわち、第一発光受光ユニット１０−１と、第二発光受光ユニット１０−２と、第三発光受光ユニット１０−３とは、それぞれ、発光素子と受光素子とが一対となった構造を有している。
【００２３】
第一受光素子１２−１は、第一発光素子１１−１が発した照射光の反射光を少なくとも受光する。第二受光素子１２−２は、第二発光素子１１−２が発した照射光の反射光を少なくとも受光する。第三受光素子１２−３は、第三発光素子１１−３が発した照射光の反射光を少なくとも受光する。
【００２４】
図４では、第一発光受光ユニット１０−１と、第二発光受光ユニット１０−２と、第三発光受光ユニット１０−３との３個の発光受光ユニットが示されているが、これは、例示であり、本発明を限定するものではない。本発明では、例えば、首輪２の内側の全周にわたって配置されていてもよいし、半周にわたって配置されていてもよい。本発明は、例えば、首輪２の内側２ａに、発光受光ユニットが複数（２個以上）配置されていればよい。また、本発明では、脈拍の測定精度の観点からは、発光受光ユニットは、３個以上配置されていることが好ましい。
【００２５】
また、図４では、各発光受光ユニットが発光素子と受光素子とが一対となった構造を有しているが、これは例示であり、本発明を限定するのではない。本発明では、発光受光ユニットは、発光素子と受光素子とが一対となった構造でなくてもよい。
【００２６】
図５は、生体情報測定装置１Ａの発光受光ユニット１０の図４とは異なる配置例を示している。図５に示すように、生体情報測定装置１Ａは、例えば、首輪２の内側２ａにおいて、第一発光素子１１−１と、第二発光素子１１−２と、第一受光素子１２−１と、第二受光素子１２−２と、第三受光素子１２−３とを有している。すなわち、生体情報測定装置１Ａにおいて、発光素子と、受光素子との数は異なっている。
【００２７】
図５において、第一発光素子１１−１と、第二発光素子１１−２と、第一受光素子１２−１と、第二受光素子１２−２と、第三受光素子１２−３とは、首輪２の内側２ａの周方向に沿って線状に配置されている。
【００２８】
第一受光素子１２−１は、第一発光素子１１−１が発した照射光と、第二発光素子１１−２とが発した照射光とのうち、少なくとも一方の反射光を受光する。第二受光素子１２−２は、第一発光素子１１−１が発した照射光と、第二発光素子１１−２とが発した照射光とのうち、少なくとも一方の反射光を受光する。第三受光素子１２−３は、第一発光素子１１−１が発した照射光と、第二発光素子１１−２とが発した照射光とのうち、少なくとも一方の反射光を受光する。照射光を効率的に受光できるように、第一受光素子１２−１と、第二受光素子１２−２と、第三受光素子１２−３とは、所定の間隔を空けて配置することが好ましい。
【００２９】
図５では、２個の発光素子と、３個の受光素子とが示されているが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。本発明では、受光素子の数が、発光素子の数が少なくてもよい。受光素子が発光素子の受光素子の照射光の反射光を受光できる構成であれば、受光素子と、発光素子とが一対の構成でなくてもよい、言い換えれば、本発明では、少なくとも複数（２個以上）の受光素子が配置されていればよい。
【００３０】
再び図３を参照する。生体情報算出装置１００は、記憶部１１０と、制御部１２０とを備える。
【００３１】
記憶部１１０は、種々の情報を保持している。記憶部１１０は、例えば、生体情報算出装置１００の各部を実現させるためのプログラムを記憶している。この場合、制御部１２０は、記憶部１１０に記憶されているプログラムを展開して実行することで、各部の機能を実現する。記憶部１１０は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ（Flash  Memory）などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、光ディスクなどの記憶装置で実現することができる。記憶部１１０は、複数の異なるメモリ等で構成されてもよい。記憶部１１０は、生体情報算出装置１００の外部に設けられた記憶装置であってよい。この場合、記憶装置は、図示しない有線又は無線で生体情報算出装置１００と接続されている。
【００３２】
制御部１２０は、例えば、記憶部１１０に記憶されているプログラムを実行することで、各種の機能を実現する。制御部１２０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を含む電子的な回路で実現することができる。制御部１２０は、取得部１２１と、算出部１２２と、記憶制御部１２３とを有する。
【００３３】
取得部１２１は、種々の情報を取得する。取得部１２１は、例えば、ペットＰの脈拍数の測定結果を第一受光素子１２−１〜第Ｎ受光素子１２−Ｎから取得する。取得部１２１は、取得した測定結果を算出部１２２に出力する。
【００３４】
算出部１２２は、受け付けた種々の情報に対して種々の演算を実行する。算出部１２２は、例えば、受光素子から取得した複数の測定結果（検知信号）を同期させ、かつ複数の測定結果（検知信号）を加算して、ペットＰの脈拍数などの生体情報を算出する。
【００３５】
具体的には、算出部１２２は、例えば、予め定めた所定の周波数帯域を透過させるバンドパスフィルタを用いて、各受光素子が受光した波形に対してフィルタリング処理を施して、所定の周波数帯域外のノイズを除去してもよい。算出部１２２は、例えば、ノイズを除去した後の波形に対してＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）処理を施すことで、発光受光ユニット１０が取得した波形の周波数スペクトルを算出してもよい。
【００３６】
そして、算出部１２２は、例えば、検知信号に付された時刻で、各発光受光ユニット１０からの検知信号を同期する。算出部１２２は、例えば、各検知信号でピーク位置の整合をとることで、各検知信号を同期させてもよい。この場合、算出部１２２は、例えば、同期して加算した（重ねあわせた）後の検知信号におけるピークを検出し、単位時間（例えば、１分）当たりのピークの回数を脈拍数として算出する。
【００３７】
算出部１２２は、例えば、各検知信号を重ねあわせる際に、ピークの位置は正確に検出しなくてもよい。この場合、算出部１２２は、例えば、ピークの所定の範囲内に位置することが分かるように、ノイズを除去するようにしてもよい。言い換えれば、算出部１２２は、ピークの位置情報が失われないように、ノイズを除去すればよい。これにより、算出部１２２は、各検知信号を重ねあわせることで、ピークのみが強調され、ノイズを除去することができる。
【００３８】
図６を用いて、脈拍数を算出する方法の一例について説明する。図６は、算出部が算出した検知信号の一例を示す模式図である。
【００３９】
図６には、検知信号Ｗが示されている。検知信号Ｗは、単位時間あたりの検知信号の一部分を示した波形である。
【００４０】
検知信号Ｗには、振幅値がＶｐのピークｐ１と、ピークｐ２と、ピークｐ３と、ピークｐ４と、ピークｐ５と、ピークｐ６と、ピークｐ７と、が含まれている。単位時間当たりのピークの数を数えることでペットＰの脈拍数を算出することができる。
【００４１】
算出部１２２は、例えば、各発光受光ユニット１０から取得した各検知信号のうち、相互相関値が大きい２つの検知信号を抽出してもよい。この場合、算出部１２２は、例えば、抽出した２つの検知信号の相互相関関数を導出し、導出した相互相関関数のピーク値を算出する。そして、算出部１２２は、相互相関関数のピーク値の数に基づいて心拍数を算出してもよい。具体的には、算出部１２２は、例えば、相互相関関数のピーク値の時刻を、２つの検知信号の時間のずれとして算出する。そして、算出部１２２は、例えば、２つの検知信号の一方をピーク値の時刻に相当する時間分シフトさせて、２つの検知信号の時刻を同期させればよい。また、算出部１２２は、各発光受光ユニット１０から取得した各検知信号に対して、予めローパスフィルタの処理を実行してから、相互相関を算出するようにしてもよい。
【００４２】
算出部１２２は、例えば、各発光受光ユニット１０から取得した各検知信号に対して、振幅値によるクラスタリング処理を実行してもよい。この場合、算出部１２２は、例えば、各検知信号を、ピーク値の群と、その他（ボトム値）の群との２つの群を生成する。この場合、算出部１２２は、例えば、ピーク値の群と、ボトム値の群とにおいて、種々の統計値を算出する。具体的には、算出部１２２は、例えば、それぞれの群において、重心、平均値、中央値等の代表値を算出し、閾値を求める。算出部１２２は、算出した閾値に従って、各検知信号を第一の値と、第二の値に二値化する。ここで、第一の値は、例えば、ピーク値である。第二の値は、例えばその他の値（ボトム値）である。そして、算出部１２２は、ピーク間の時間間隔の最も小さい検知信号に基づいて、心拍数を算出するようにしてもよい。
【００４３】
図７を用いて、第一実施形態に係る生体情報算出装置１００の制御部１２０の処理について説明する。図７は、制御部１２０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００４４】
まず、制御部１２０は、複数の受光素子から反射光の検知信号を取得する（ステップＳ１０１）。そして、制御部１２０は、ステップＳ１０２に進む。
【００４５】
次に、制御部１２０は、受信した複数の検知信号を同期させた後に、加算する（ステップＳ１０２）。そして、制御部１２０は、ステップＳ１０３に進む。
【００４６】
次に、制御部１２０は、加算した検知信号に基づいて、心拍数を算出する（ステップＳ１０３）。そして、制御部１２０は、図７の処理を終了する。
【００４７】
上述のとおり、本実施形態は、動物の首輪に配置されるので、容易に心拍を測定することができる。本実施形態は、動物に取り付ける首輪の周方向に複数の発光受光ユニットが間隔を空けて配置されるので、例えば、首輪の位置がずれても、頸動脈に対して正しい位置にあるいずれかの発光受光ユニットによって適切に心拍を測定できる。
【００４８】
本実施形態は、ペットの首輪に取り付けられた複数の受光素子で検出した検知信号を同期させて、加算することでペットの心拍数を測定している。これにより、複数の受光素子のうち、ペットの心拍数を検知することのできない受光素子があった場合でも、ペットの心拍数を適切に算出することができる。
【００４９】
本実施形態では、ペットの首輪に複数の受光素子を配置しているので、ペットの心拍数を少ない測定数で確実に測定することができる。これにより、本実施形態は、生体情報測定装置の電力の消費も抑制することができる。
【００５０】
[第二実施形態]
図８を用いて、第二実施形態に係る生体情報算出装置１００の制御部１２０の処理について説明する。図８は、制御部１２０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００５１】
まず、制御部１２０は、複数の受光素子から反射光の検知信号を取得する（ステップＳ２０１）。そして、制御部１２０は、ステップＳ２０２に進む。
【００５２】
次に、制御部１２０は、複数の検知信号の相互相関値を算出する（ステップＳ２０２）。そして、制御部１２０は、ステップＳ２０３に進む。
【００５３】
次に、制御部１２０は、ステップＳ２０２で算出した相互相関値のうち、閾値以上の相互相関値を持つ検知信号の組み合わせを抽出する（ステップＳ２０３）。そして、制御部１２０は、ステップＳ２０４に進む。
【００５４】
次に、制御部１２０は、抽出した２つの検知信号の相互相関関数のピーク値に基づいて、心拍数を算出する（ステップＳ２０４）。そして、制御部１２０は、図８の処理を終了する。
【００５５】
上述のとおり、本実施形態は、ペットの首輪に取り付けられた複数の受光素子で検出した検知信号の相互相関を算出している。そして、本実施形態は、相互相関値の高い２つの検知信号の相互相関関数のピーク値に基づいて、ペットの心拍数を算出している。これにより、本実施形態は、ペットの心拍数をより適切に算出することができる。
【００５６】
[第三実施形態]
図９を用いて、第三実施形態に係る生体情報算出装置１００の制御部１２０の処理について説明する。図９は、制御部１２０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００５７】
まず、制御部１２０は、複数の受光素子から反射光の検知信号を取得する（ステップＳ３０１）。そして、制御部１２０は、ステップＳ３０２に進む。
【００５８】
次に、制御部１２０は、各検知信号に対してクラスタリング処理を実行する（ステップＳ３０２）。具体的には、制御部１２０は、各検知信号をピーク群とボトム群とにクラスタリングする。そして、制御部１２０は、ステップＳ３０３に進む。
【００５９】
次に、制御部１２０は、ピーク群と、ボトム群との統計値に基づいて、閾値を算出する（ステップＳ３０３）。具体的には、制御部１２０は、ピーク群と、ボトム群とにおいて、重心、平均値、中央値等の代表値を算出することで、閾値を算出する。そして、制御部１２０は、ステップＳ３０４に進む。
【００６０】
次に、制御部１２０は、ステップＳ３０３で算出した閾値に基づいて、各検知信号をピーク値とボトム値とに二値化する（ステップＳ３０４）。そして、制御部１２０は、ステップＳ３０５に進む。
【００６１】
次に、制御部１２０は、ピーク間の時間間隔の分散に基づいて心拍数を算出する（ステップＳ３０５）。具体的には、制御部１２０は、ピーク間の時間間隔の分散が最も小さい検知信号から心拍数を算出する。そして、制御部１２０は、図９の処理を終了する。
【００６２】
上述のとおり、本実施形態は、ペットの首輪に取り付けられた複数の受光素子で検出した検知信号の統計値を算出している。そして、本実施形態は、ピーク間の時間間隔の分散が最も小さい検知信号に基づいて、ペットの心拍数を算出している。これにより、本実施形態は、ペットの心拍数をより適切に算出することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これら実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ａ  生体情報測定装置
１０  発光受光ユニット
１１−１  第一発光素子
１１−２  第二発光素子
１１−３  第三発光素子
１２−１  第一受光素子
１２−２  第二受光素子
１２−３  第三受光素子
１００  生体情報算出装置
１１０  記憶部
１２０  制御部
１２１  取得部
１２２  算出部
１２３  記憶制御部
【図１】
2020110213.tif 000003
【図２】
2020110213.tif 000004
【図３】
2020110213.tif 000005
【図４】
2020110213.tif 000006
【図５】
2020110213.tif 000007
【図６】
2020110213.tif 000008
【図７】
2020110213.tif 000009
【図８】
2020110213.tif 000010
【図９】
2020110213.tif 000011