(57)【要約】【課題】ノイズを除去できる測定装置、測定方法及び測定プログラムを提供する。【解決手段】発光部１６は、部位５０に対する照射光２２を射出する。受光部１８は、照射光２２に応じた、部位５０からの散乱光２４を検出する。制御部１２は、第１の強度の第１照射光と、第１の強度よりも低い第２の強度の第２照射光とを発光部１６から射出させる。制御部１２は、第１照射光に応じて受光部１８で検出される第１散乱光と、第２照射光に応じて受光部１８で検出される第２散乱光とに基づいて所定の信号を検出する。【選択図】図１
2018007894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者の部位に対する照射光を射出する発光部と、
前記照射光に応じた、前記部位からの散乱光を検出する受光部と、
制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記発光部から、第１の強度の第１照射光と、前記第１の強度よりも低い第２の強度の第２照射光とを異なるタイミングで射出させ、
前記第１照射光に応じて前記受光部で検出される第１散乱光と、前記第２照射光に応じて前記受光部で検出される第２散乱光とに基づいて所定の信号を検出する
測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１散乱光の検出情報と前記第２散乱光の検出情報との差に基づいて、前記所定の信号を検出する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記部位は、前記被検者の生体組織と、前記生体組織よりも体表面から遠い側の血管とを含み、
前記第１照射光は、前記生体組織及び前記血管の中を流れる血液それぞれで散乱され、
前記第２照射光は、前記生体組織で散乱され、
前記血液からの散乱光は、前記第１照射光の周波数からドップラーシフトした周波数を有する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
部位に対して、第１の強度の第１照射光と、前記第１の強度よりも低い第２の強度の第２照射光とを異なるタイミングで射出するステップと、
前記第１照射光に応じて検出される第１散乱光と、前記第２照射光に応じて検出される第２散乱光とに基づいて所定の信号を検出するステップと
を含む測定方法。
【請求項５】
コンピュータに、
部位に対して、第１の強度の第１照射光と、前記第１の強度よりも低い第２の強度の第２照射光とを異なるタイミングで射出するステップと、
前記第１照射光に応じて検出される第１散乱光と、前記第２照射光に応じて検出される第２散乱光とに基づいて所定の信号を検出するステップとを実行させる測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検者に対して照射した光による散乱光に基づいて、被検者の生体情報を取得する測定部を備える測定装置が知られている。測定装置が取得する情報は、例えば、被検者の動きに起因するノイズに係る情報を含む。測定装置は、ノイズに係る情報を除去するために、被検者の生体情報を取得する測定部だけでなく、ノイズに係る情報だけを取得する測定部も備えることがある（例えば、特許文献１参照）。また、複数の異なる波長の光を利用した光学式血流計測装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４３３１６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５０７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
測定装置は、正確な生体情報の取得のためにノイズを除去することが求められている。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、ノイズを除去できる測定装置、測定方法及び測定プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様の測定装置は、部位に対する照射光を射出する発光部を備える。前記測定装置は、前記照射光に応じた、前記部位からの散乱光を検出する受光部を備える。前記測定装置は、制御部を備える。前記制御部は、前記発光部から、第１の強度の第１照射光と、前記第１の強度よりも低い第２の強度の第２照射光とを異なるタイミングで射出させる。前記制御部は、前記第１照射光に応じて前記受光部で検出される第１散乱光と、前記第２照射光に応じて前記受光部で検出される第２散乱光とに基づいて所定の信号を検出する。
【０００７】
一態様の測定方法は、部位に対して、第１の強度の第１照射光と、前記第１の強度よりも低い第２の強度の第２照射光とを異なるタイミングで射出するステップを含む。前記測定方法は、前記第１照射光に応じて検出される第１散乱光と、前記第２照射光に応じて検出される第２散乱光とに基づいて所定の信号を検出するステップを含む。
【０００８】
一態様の測定プログラムは、部位に対して、第１の強度の第１照射光と、前記第１の強度よりも低い第２の強度の第２照射光とを異なるタイミングで射出するステップをコンピュータに実行させる。前記測定プログラムは、前記第１照射光に応じて検出される第１散乱光と、前記第２照射光に応じて検出される第２散乱光とに基づいて所定の信号を検出するステップをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る測定装置、測定方法及び測定プログラムによれば、ノイズを除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る測定装置の概略構成例を示すブロック図である。
【図２】照射光及び散乱光の光路の一例を示す図である。
【図３】照射光及び散乱光の光路の一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る測定方法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】
【００１１】
（実施形態）
［装置構成］
図１に示されるように、本実施形態に係る測定装置１０は、制御部１２と、発光部１６と、受光部１８とを備える。測定装置１０は、被検者の部位５０から、接触又は非接触で被検者の生体情報を取得する。
【００１２】
発光部１６は、制御部１２からの制御情報に応じて、例えば図２に示されるように部位５０に対して照射光２２を射出する。発光部１６は、例えば、発光ダイオード又はレーザダイオード等の発光素子を備える。発光ダイオードは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ともいう。レーザダイオードは、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）ともいう。発光部１６は、発光素子を１個備えてよいし、２個以上備えてよい。発光部１６は、所定の波長の光を射出してよい。発光部１６は、複数の波長の光を射出してよい。発光部１６は、所定範囲にわたる波長を有する光を射出してよい。
【００１３】
受光部１８は、部位５０からの散乱光２４の強度を検出する。部位５０からの散乱光２４は、被検者の生体情報を含む。受光部１８は、検出した結果を検出情報として制御部１２に対して出力する。受光部１８は、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等の受光素子を備える。フォトダイオードは、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）ともいう。フォトトランジスタは、ＰＴ（Ｐｈｏｔｏｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）ともいう。受光部１８は、受光素子を１個備えてよいし、２個以上備えてよい。受光部１８は、所定の波長の光を検出する。受光部１８は、複数の波長の光を検出してよい。受光部１８は、所定範囲にわたる波長を有する光を検出してよい。
【００１４】
制御部１２は、発光部１６に対して、照射光２２を射出させるための制御情報を出力する。制御部１２は、受光部１８から検出情報を取得する。制御部１２は、測定装置１０の各機能ブロック又は全体を制御するプロセッサであってよい。制御部１２は、測定装置１０の制御手順を規定したプログラム等を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサであってもよい。制御部１２は、プロセッサを備えるコンピュータであってよい。プログラムは、例えば記憶媒体に格納されてよい。制御部１２は、記憶媒体を備えてよい。制御部１２は、外部の記憶媒体と接続されてよい。制御部１２は、プログラムと協働して、以下に説明する測定装置１０の各機能を実行するとしてもよい。
【００１５】
［ドップラー血流量測定］
本実施形態に係る測定装置１０は、ドップラー効果を利用して血流量を測定しうる。ドップラー効果を利用した血流量の測定を、ドップラー血流量測定ともいう。図２に示されるように、部位５０は、生体組織５２と血管５４とを含む。生体組織５２は、被検者の体表面５８の側にある。血管５４は、生体組織５２よりも被検者の体表面５８の側から遠い部分にある。発光部１６から部位５０に対して射出された照射光２２は、生体組織５２を通過して、血管５４に達してよい。血管５４は、動脈、静脈、若しくは毛細血管又はこれらの任意の組み合わせであってよい。照射光２２は、血管５４内を流れる血液中の血球５６によって散乱される。血球５６によって散乱されて生じる散乱光２４のことを血球散乱光２４ａともいう。
【００１６】
血球散乱光２４ａの周波数は、ドップラー効果によって、照射光２２の周波数からシフトする。ドップラー効果によって引き起こされる、照射光２２の周波数と血球散乱光２４ａの周波数との間での周波数シフトのことを、ドップラーシフトともいう。ドップラー効果によって周波数がシフトすることを、ドップラーシフトするともいう。ドップラーシフトによってシフトした周波数のことを、ドップラーシフト周波数ともいう。ドップラーシフト周波数は、血球５６の移動速度が光速よりも十分に遅いことに基づく近似計算によって、血球５６の移動速度に比例するといえる。
【００１７】
図３に示されるように、発光部１６から部位５０に対して射出された照射光２２は、血管５４に達するまでに被検者の生体組織５２又は体表面５８で散乱されてよい。生体組織５２又は体表面５８で散乱されて生じる散乱光２４のことを生体組織散乱光２４ｂともいう。生体組織散乱光２４ｂの周波数は、ドップラー効果を受けず、照射光２２の周波数と同じである。
【００１８】
受光部１８は、血球散乱光２４ａと、生体組織散乱光２４ｂとが合成された合成散乱光を検出する。合成散乱光は、ビート信号である。このビート信号は、ドップラーシフト周波数をビート周波数とする。ドップラーシフト周波数は、血球散乱光２４ａの周波数と、生体組織散乱光２４ｂの周波数との差である。ビート信号は、うなり信号ともいう。ビート信号は、振幅の大きさがビート周波数で変化する。言い換えれば、合成散乱光の振幅の大きさは、ドップラーシフト周波数で変化する。受光部１８は、合成散乱光の強度を検出する。合成散乱光の強度は、合成散乱光の振幅の二乗に比例する。合成散乱光の強度の変化の周波数は、合成散乱光の振幅の大きさの変化の周波数の２倍である。合成散乱光の強度は、ドップラーシフト周波数の２倍の周波数で変化する。受光部１８は、合成散乱光の強度を連続で、又は、離散的に検出し、合成散乱光の強度の時間変化を示す波形を検出情報として出力する。受光部１８が出力する検出情報は、被検者の血流に係る情報を含む。被検者の血流に係る情報のことを、血流情報ともいう。
【００１９】
制御部１２は、受光部１８から検出情報を取得する。制御部１２は、検出情報の周波数スペクトル解析を行う。この検出情報は、合成散乱光の強度の時間変化を示す波形である。制御部１２は、合成散乱光のパワースペクトルを算出する。パワースペクトルは、光の強度の時間変化を示す波形を周波数の関数として表したものである。
【００２０】
合成散乱光のパワースペクトルにおいて、周波数は、血球５６の移動速度に対応する。合成散乱光のパワースペクトルにおいて、各周波数の強度は、血球５６の数に対応する。合成散乱光のパワースペクトルは、血球５６の移動速度ごとの血球５６の数を示す。
【００２１】
制御部１２は、周波数と各周波数の強度との積を所定の周波数帯にわたって積分する。言い換えれば、制御部１２は、血球５６の移動速度に対応するパラメータと各移動速度を有する血球５６の数に対応するパラメータとの積を積分する。制御部１２は、このようにして、血流量に対応するパラメータを算出する。血流量に対応するパラメータは、校正データに基づいて血流量に換算されうる。校正データは、例えば、他の測定方法により取得される血流量に基づいて算出されてよい。血流量に対応するパラメータは、受光部１８が検出した光の強度の総和で規格化されてもよい。このようにすることで、照射光２２の強度又は受光部１８の受光感度が変動した場合でも、血流量がより高精度に算出されうる。
【００２２】
［ノイズ除去］
受光部１８が出力する検出情報は、血流情報だけでなく、ノイズに係る情報も含むことがある。ノイズに係る情報のことを、ノイズ情報ともいう。ノイズは、例えば、被検者の動きに応じた測定装置１０と部位５０との間の相対位置変化によって発生する。被検者の動きに応じて発生するノイズのことを、体動ノイズともいう。制御部１２は、血流情報とノイズ情報とを含む検出情報と、ノイズ情報だけを含む検出情報との差を算出することによって、検出情報からノイズ情報を除去して、血流情報だけを取得できる。
【００２３】
照射光２２が血管５４に到達せず、全て生体組織５２で散乱される場合、散乱光２４の検出に応じた検出情報は、血流情報を含まない。制御部１２は、照射光２２の強度を適宜設定することによって、照射光２２が血管５４に到達しないようにできる。
【００２４】
照射光２２は、より高い強度を有するほど、部位５０のより深い部分まで入射する。第１の強度は、照射光２２の少なくとも一部が血管５４に到達できるような照射光２２の強度である。一方で、第２の強度は、照射光２２の全てが血管５４に到達しないような照射光２２の強度である。第２の強度は、第１の強度よりも低く定められうる。第１の強度が所定の強度以上であり、且つ、第２の強度が所定の強度未満となるような所定の強度が定められてよい。第２の強度は、照射光２２の全てが生体組織５２の表面で散乱されるように定められてよい。
【００２５】
本実施形態に係る測定装置１０は、発光部１６から部位５０に対して、第１の強度を有する第１照射光を射出する。本実施形態に係る測定装置１０は、発光部１６から部位５０に対して、第２の強度を有する第２照射光を射出する。測定装置１０は、第１照射光と第２照射光とを異なるタイミングで射出する。第１照射光を射出するタイミングは、第１のタイミングともいう。第２照射光を射出するタイミングは、第２のタイミングともいう。第１のタイミングと第２のタイミングはいずれが先のタイミングであってもよい。
【００２６】
測定装置１０は、第１照射光が部位５０で散乱されて生じる第１散乱光を受光部１８で受光する。測定装置１０は、この受光した第１散乱光から第１検出情報を取得する。第１散乱光は、血球散乱光２４ａと、生体組織散乱光２４ｂとが合成された合成散乱光である。第１検出情報は、血流情報とノイズ情報とを含む。
【００２７】
測定装置１０は、第２照射光が部位５０で散乱されて生じる第２散乱光を受光部１８で受光する。測定装置１０は、この受光した第２散乱光から第２検出情報を取得する。第２散乱光は、血球散乱光２４ａを含まず若しくは第１散乱光より少なく含み、生体組織散乱光２４ｂを含む。第２検出情報は、血流情報を含まず若しくは第１検出情報より少なく含み、ノイズ情報を含む。
【００２８】
測定装置１０は、第１検出情報と第２検出情報との差分を算出する。測定装置１０は、この差分からノイズ情報が除去された、血流情報を取得しうる。測定装置１０は、第１照射光に基づく合成散乱光の強度と、第２照射光に基づく合成散乱光の強度との差分からノイズ情報が除去された、血流情報を取得してもよい。また、測定装置１０は、第１照射光に基づく合成散乱光のパワースペクトルの強度と、第２照射光に基づく合成散乱光のパワースペクトルの強度との差分からノイズ情報が除去された、血流情報を取得してもよい。
【００２９】
測定装置１０は、第１照射光を第１照射時間にわたって照射してよい。測定装置１０は、第２照射光を第２照射時間にわたって照射してよい。第１照射時間及び第２照射時間は、適宜設定されうる。第１照射時間は、合成散乱光の強度の時間変化を示す波形が周波数スペクトル解析のために十分な長さで取得されるように設定されてよい。第１照射時間は、例えば５０ミリ秒以下に設定されてよいが、これに限られない。第２照射時間は、第１照射時間と同一または類似に設定されてよい。第２照射時間は、被検者の動きに起因するノイズ情報が取得されるように設定されてよい。第２照射時間は、例えば５０ミリ秒以下に設定されてよいが、これに限られない。
【００３０】
測定装置１０は、第１照射時間及び第２照射時間をそれぞれ２５ミリ秒に設定した場合、ノイズ情報が除去された血流情報を５０ミリ秒で取得しうる。被検者が、日常生活又は軽い運動をしている場合において、数十ミリ秒程度の期間内に動作を変えることはほとんどない。測定装置１０は、ほとんどの場合において、被検者が動作を変えない間に血流情報を取得できる。被検者が同じ動作をしている間に取得される第１検出情報及び第２検出情報それぞれに含まれるノイズ情報は、同じ情報であるとみなされうる。測定装置１０は、第１照射光と第２照射光とが異なるタイミングで射出される場合でも、ノイズ情報を除去しうる。
【００３１】
＜比較例＞
比較例に係る装置は、第１の強度を有する第１照射光を射出する第１発光部と、第２の強度を有する第２照射光を射出する第２発光部とを備える。比較例に係る装置は、第１発光部及び第２発光部にそれぞれ対応する第１受光部及び第２受光部を備える。第１受光部及び第２受光部はそれぞれ、第１散乱光及び第２散乱光を受光できる。
【００３２】
比較例に係る装置は、第１発光部と第２発光部とから同時に、第１照射光及び第２照射光を射出させる。比較例に係る装置は、第１受光部及び第２受光部によって、第１散乱光及び第２散乱光を受光し、第１検出情報及び第２検出情報を取得する。
【００３３】
比較例において、第１照射光及び第２照射光はそれぞれ、異なる部位５０に照射される。つまり、第１散乱光及び第２散乱光はそれぞれ、異なる部位５０で散乱された光である。第１検出情報及び第２検出情報はそれぞれ、異なる部位５０におけるノイズ情報を含む。異なる部位５０におけるノイズ情報は、被検者の装置の装着状況、又は、装置の装着部の動作等による影響を受けて、異なるものとなることがある。また、測定部を二以上備える装置は、小型化されにくく、低コスト化されにくい。
【００３４】
本実施形態に係る測定装置１０は、同じ部位５０から取得されるノイズ情報を用いて、ノイズ情報が除去された血流情報を算出しうる。このようにすることで、測定装置１０は、比較例に係る装置と比較して、ノイズをより高精度で除去しうる。本実施形態に係る測定装置１０は、比較例に係る装置と比較して、より少ない部品点数で構成されうる。
【００３５】
［測定方法］
本実施形態に係る測定装置１０は、図４に示される測定方法を実行してよい。
【００３６】
制御部１２は、発光部１６から部位５０に対して第１照射光を射出する（ステップＳ１）。制御部１２は、受光部１８で部位５０からの第１散乱光を受光し、第１検出情報を取得する（ステップＳ２）。第１検出情報は、血流情報とノイズ情報とを含む。
【００３７】
制御部１２は、発光部１６から部位５０に対して第２照射光を射出する（ステップＳ３）。制御部１２は、受光部１８で部位５０からの第２散乱光を受光し、第２検出情報を取得する（ステップＳ４）。第２検出情報は、血流情報を含まず若しくは第１検出情報より少なく含み、ノイズ情報を含む。
【００３８】
制御部１２は、第１検出情報と第２検出情報との差分を算出し、ノイズ情報が除去された血流情報を取得する（ステップＳ５）。
【００３９】
制御部１２は、血流情報のパワースペクトルを算出する（ステップＳ６）。制御部１２は、血流情報として取得された、合成散乱光の強度の時間変化を示す波形の周波数スペクトル解析を行う。
【００４０】
制御部１２は、血流情報のパワースペクトルに基づいて血流量を算出する（ステップＳ７）。血流情報のパワースペクトルにおいて、周波数及び各周波数の強度はそれぞれ、血球５６の速度及び血球５６の数に対応する。制御部１２は、周波数と各周波数の強度との積を所定の周波数帯で積分することによって、血流量に対応するパラメータを算出できる。制御部１２は、血流量に対応するパラメータと校正データとに基づいて血流量を算出してよい。校正データは、例えば、他の測定方法により取得される血流量であってよいが、これに限られない。
【００４１】
制御部１２は、その後、図４のフローチャートの処理を終了する。制御部１２は、ステップＳ１に戻って、図４のフローチャートの処理を繰り返し実行してよい。
【００４２】
第１検出情報のパワースペクトルと第２検出情報のパワースペクトルとの差分は、血流情報のパワースペクトルと同じである。制御部１２は、血流情報のパワースペクトルを算出する前に、第１検出情報及び第２検出情報のパワースペクトルを算出してよい。制御部１２は、第１検出情報のパワースペクトルと第２検出情報のパワースペクトルとの差分を算出してよい。この場合、制御部１２は、ステップＳ２の実行後、第１検出情報のパワースペクトルを算出してよい。制御部１２は、ステップＳ４の実行後、第２検出情報のパワースペクトルを算出してよい。
【００４３】
制御部１２は、ステップＳ１及びステップＳ２の処理の前に、ステップＳ３及びステップＳ４の処理を実行してよい。
【００４４】
［脈波測定］
本実施形態に係る測定装置１０は、被検者の血流量に係るパラメータ又は被検者の血流量を算出するだけでなく、被検者の脈波を測定してよい。被検者の脈波は、被検者の血流量に係るパラメータ又は被検者の血流量の時間変化を示す波形として表されうる。
【００４５】
本実施形態に係る測定装置１０は、１組の第１散乱光及び第２散乱光に基づいて、被検者の血流量に係るパラメータ又は血流量を算出できる。血流量は、一心拍の間で変化する。測定装置１０は、血流量に係るパラメータ又は血流量の時間変化を連続で、又は、離散的に測定することによって、脈波を測定しうる。
【００４６】
測定装置１０は、所定の時間内で被検者の血流量を測定できるように構成されうる。所定の時間は、発光部１６の第１照射時間及び第２照射時間に応じて設定されうる。所定の時間は、例えば１００ミリ秒以下に設定されてよいが、これに限られない。
【００４７】
測定装置１０が５０ミリ秒で被検者の血流量を測定できる場合、１秒間に２０個の血流量データが測定される。被検者の心拍回数が１回／秒である場合、１周期の脈波は、２０個の血流量データに基づく波形として表される。所定の時間が短いほど、１周期の脈波を表す血流量データの数は多くなる。１周期の脈波を表す血流量データの数が多いほど、脈波がより高精度で測定されうる。所定の時間は、１周期の脈波を表すために必要な数の血流量データを測定できる範囲内で、設定されてよい。
【００４８】
本開示に係る構成は、以上説明してきた実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００４９】
例えば、測定装置１０は、被検者の血流量又は脈波だけでなく、被検者の他の生体情報を測定してよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０  測定装置
１２  制御部
１６  発光部
１８  受光部
２２  照射光
２４  散乱光
２４ａ  血球散乱光
２４ｂ  生体組織散乱光
５０  部位
５２  生体組織
５４  血管
５６  血球
５８  体表面
【図１】
2018007894.tif 000003
【図２】
2018007894.tif 000004
【図３】
2018007894.tif 000005
【図４】
2018007894.tif 000006