(57)【要約】  本発明の生体情報測定装置および生体情報測定方法では、生体における互いに異なる第１および第２測定位置それぞれに第１および第２光が照射され、前記生体を透過または反射した各光を受光して第１および第２脈波信号が取得され、これら第１および第２脈波信号に基づいて前記生体の心拍出量が生体情報として算出される。このような生体情報測定装置および生体情報測定方法は、簡便な装置によって、常時、心拍出量の変化をモニターすることが可能となる。
2015049963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体における第１測定位置に第１の光を照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して第１脈波信号を取得する第１脈波信号取得部と、
前記生体における前記第１測定位置と異なる位置である第２測定位置に第２の光を照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して第２脈波信号を取得する第２脈波信号取得部と、
前記第１脈波信号における所定の位相となる第１時点と、前記第１脈波信号に対応する前記第２脈波信号における前記所定の位相となる第２時点との時間的なずれ量を算出する時間ずれ算出部と、
前記第１脈波信号、および、前記第２脈波信号のうちのいずれか一方の直流成分を算出する直流成分算出部と、
前記第１脈波信号、および、前記第２脈波信号のうちのいずれか一方に基づいて、前記生体の脈拍数を算出する脈拍数算出部と、
前記ずれ量、前記直流成分、および、前記脈拍数に基づいて、前記生体の心拍出量を生体情報として算出する生体情報算出部とを備える、
生体情報測定装置。
【請求項２】
前記第１測定位置と前記第２測定位置とは、前記生体の心臓から脈波が伝搬する経路における前記心臓からの距離が互いに異なる位置である、
請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項３】
前記第１測定位置および前記第２測定位置は、前記生体の指先の位置、指の根本の位置、手の平における所定の位置、手の甲における所定の位置、および、手首の位置のうちのいずれか２つの位置である、
請求項２に記載の生体情報測定装置。
【請求項４】
前記第１測定位置および前記第２測定位置は、前記生体の足の指先の位置、足の指の根本の位置、足の甲における所定の位置、足の裏における所定の位置、および、足首の位置のうちのいずれか２つの位置である、
請求項２に記載の生体情報測定装置。
【請求項５】
前記生体情報算出部が算出した心拍出量を記憶する心拍出量記憶部を、さらに備え、
前記生体情報算出部は、前記心拍出量記憶部が記憶している心拍出量に基づいて、前記心拍出量の時間的な変化量を、前記生体情報としてさらに算出する、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項６】
前記生体情報算出部は、前記時間ずれ算出部が算出した前記ずれ量と、前記第１測定位置と前記第２測定位置の間の距離とに基づいて、脈波伝搬速度を、前記生体情報としてさらに算出する、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項７】
前記生体情報算出部は、前記直流成分算出部が算出した前記直流成分に基づいて、血管断面積、または、相対血圧を、前記生体情報としてさらに算出する、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項８】
前記第２脈波信号取得部は、緑色波長帯域に波長を持つ前記第２の光を前記生体に照射し、前記生体で反射した光を受光して第２脈波信号を取得する、
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項９】
前記第１測定位置に、前記第１の光の波長と異なる第３の光をさらに生体へ照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して第３脈波信号を取得する第３脈波信号取得部を、さらに備え、
前記生体情報算出部は、前記第１脈波信号と前記第３脈波信号とに基づいて、前記生体の酸素飽和濃度を、前記生体情報としてさらに算出する、
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項１０】
自装置の傾きを判定する傾き判定部を、さらに備え、
前記生体情報算出部は、前記傾き判定部によって判定された傾きに応じて前記心拍出量を補正する、
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項１１】
自装置の傾きを判定する傾き判定部を、さらに備え、
前記生体情報算出部は、前記傾き判定部によって判定された傾きが、予め決められている範囲内である場合にのみ、前記生体情報を算出する、
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項１２】
前記傾き判定部は、３軸加速度センサを備え、前記３軸センサから出力される３軸の重力加速度に基づいて、自装置の傾きを判定し、
前記生体情報算出部は、前記傾き判定部によって判定された前記傾きと対応付けて、算出した前記生体情報を前記生体情報記憶部に記憶させる、
請求項１０または請求項１１に記載の生体情報測定装置。
【請求項１３】
生体情報を記憶する生体情報記憶部を、さらに備え、
前記生体情報算出部は、算出した前記生体情報の一部、または、すべてを、前記記憶部に記憶させる、
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項１４】
表示部を、さらに備え、
前記生体情報算出部は、算出した前記生体情報の一部、または、すべてを、前記表示部に表示させる、
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項１５】
生体における互いに異なる第１測定位置および第２測定位置から得られた第１脈波信号および第２脈波信号に基づいて、前記生体の生体情報を測定する生体情報測定装置で用いられる、生体情報測定方法であって、
前記第１測定位置に第１の光を照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して前記第１脈波信号を取得する第１脈波信号取得ステップと、
前記第２測定位置に第２の光を照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して第２脈波信号を取得する第２脈波信号取得ステップと、
前記第１脈波信号における所定の位相となる第１時点と、前記第１脈波信号に対応する前記第２脈波信号における前記所定の位相となる第２時点との時間的なずれ量を算出する時間ずれ算出ステップと、
前記第１脈波信号、および、前記第２脈波信号のうちのいずれか一方の直流成分を算出する直流成分算出ステップと、
前記第１脈波信号、および、前記第２脈波信号のうちのいずれか一方に基づいて、前記生体の脈拍数を算出する脈拍数算出ステップと、
前記ずれ量、前記直流成分、および、前記脈拍数に基づいて、前記生体の心拍出量を生体情報として算出する生体情報算出ステップとを備える、
生体情報測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体から得られた時系列信号から、所定の生体情報を測定する生体情報測定装置および生体情報測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体から生体情報を非侵襲で検出する生体情報測定装置がある。この生体情報測定装置は、例えば、光電脈波計と呼ばれる生体の脈波波形および脈拍数を測定する測定装置や、パルスオキシメータと呼ばれる動脈血中酸素飽和濃度を測定する測定装置等である。これら測定装置の原理は、生体組織を透過または反射した光を受光することによって得られる、生体組織の脈動による変動分に対応した脈波信号に基づいて、所定の生体情報を求めるものである。【０００３】
ここで、生体情報の１つとして、心拍出量がある。心拍出量とは、心臓が１分間に動脈に拍出する血液の量であり、心臓のポンプとしての能力を評価する指数と成り得る。このため、例えば、慢性心不全患者等の経過を観察するために、心拍出量の変化が観察される。【０００４】
この心拍出量を測定する方法として、熱希釈法がある。この熱希釈法は、カテーテルによって右心房内に一定量の冷水を注入し、肺動脈内での温度変化を測ることによって心拍出量を求めるものである。また、冷水に代えて色素を注入し、肺動脈内での色素濃度の変化を測る色素希釈法もある。【０００５】
しかし、これら方法は、或る時点での心拍出量を測定することはできるが、連続的に測定することが難しく、患者の経過観察として常時用いることができない。【０００６】
そこで、非侵襲で連続的に心拍出量を観察する技術が、例えば特許文献１に提案されている。この特許文献１に開示された技術は、心電図のＲ波から、抹消までの脈波が伝搬する脈波伝播時間と心拍数とを用いて、心拍出量を求めるものである。【０００７】
このような心疾患の場合、急性憎悪の前に、受診、治療薬の服用あるいは手術などの治療を施すことが効果的であり、望ましい。【０００８】
しかし、上述の技術は、心電図を用いて脈波伝播時間を求めていることから、被験者は、心電図測定用の電極を所定の位置に張り付けておく必要があり、在宅で用いることは難しい。よって、在宅でも行える簡便な方法で、心拍出量の変化を常時モニター（測定）できることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３１２９４７号公報
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、簡便な装置によって、常時、心拍出量の変化をモニター（監視、測定）する技術を提供することである。
【００１１】
本発明にかかる生体情報測定装置および生体情報測定方法では、生体における互いに異なる第１および第２測定位置それぞれに第１および第２光が照射され、前記生体を透過または反射した各光を受光して第１および第２脈波信号が取得され、これら第１および第２脈波信号に基づいて前記生体の心拍出量が生体情報として算出される。このように第１および第２脈波信号に基づいて心拍出量を求めるので、前記生体情報測定装置および生体情報測定方法は、簡便な装置によって、常時、心拍出量の変化をモニターすることが可能となる。
【００１２】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴および利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態における生体情報測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す生体情報測定装置の一例を示す外観図である。
【図３】図１に示す生体情報測定装置の他の一例を示す外観図である。
【図４】光電脈波の例を示す図である。
【図５】図１に示す生体情報測定装置における係数ｋ１の一例を示す図である。
【図６】図１に示す生体情報測定装置の心拍出量算出処理のフローチャートである。
【図７】第１実施形態における第１変形例の心拍出量算出処理のフローチャートである。
【図８】第１実施形態における第２変形例の生体情報測定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】前記第２変形例の心拍出量算出処理のフローチャートである。
【図１０】前記第２変形例の生体情報履歴テーブルの構成および内容の例を示す図である。
【図１１】第２実施形態における生体情報測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】状態判定条件テーブルの構成および内容の例を示す図である。
【図１３】状態を説明するための図である。
【図１４】図１１に示す生体情報測定装置の心拍出量算出処理のフローチャートである。
【図１５】図１１に示す生体情報測定装置における生体情報履歴テーブルの構成および内容の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００１５】
＜第１実施形態＞
心拍出量ＣＯは、血流速度ＡＶ、血管断面積ＡＲ、および、脈拍数ＰＲが分かれば、以下の式（１）を用いて見積もる（算出する）ことができる。血流速度ＡＶは、脈波伝播速度ＰＷＶで代替できる。
ＣＯ＝αＰＷＶ×ＡＲ×ＰＲ        ・・・（１）
ここで、αは、予め求められている係数である。
【００１６】
実施形態の生体情報測定装置１００は、身体の２か所で測定した２つの光電脈波信号から、脈波伝播速度ＰＷＶ、血管断面積ＡＲ、および、心拍数ＰＲを推定し、式（１）を用いて心拍出量を算出するものである。
【００１７】
実施形態における生体情報測定装置１００の外観（装着状態）が一例として図２に示されている。この図２に示す生体情報測定装置１００は、指先に装着したプローブ部１と、手首に装着した測定本体部２とで構成され、プローブ部１と測定本体部２とは、ケーブル３を介して接続されている。
【００１８】
図２に示すように、プローブ部１は、キャップ式となっており、例えば、左手の薬指の先端部にかぶせることで装着される。一方端を閉塞した円筒状のキャップ（プローブ部１）の内部には、図１に示す後述の第１脈波検出部１０が備えられ、検出した脈波信号は、ケーブル３を介して測定本体部２に出力される。
【００１９】
測定本体部２は、リストバンド４を備え、このリストバンド４を被験者の左手首に巻きつけることで腕時計のように装着される。測定本体部２の表面には、液晶ディスプレイ等の表示部５０が設けられ、測定された心拍出量等の生体情報や、メッセージが表示部５０に表示される。測定本体部２の表面には、ボタンスイッチ等の入力部４０が設けられている。被験者は、入力部４０を用いて、測定の開始や終了、および、過去の測定結果の表示等の各種指示を生体情報測定装置１００に入力する。例えば、ボタンスイッチに対する最初のスイッチ操作（ボタンの押下）で測定の開始が指示され、次のスイッチ操作で測定の終了が指示される。また例えば、ボタンスイッチの長押し操作（ボタンを所定の時間以上押下する操作）で、過去の測定結果の表示が指示される。測定本体部２の裏面には、図１に示す後述の第２脈波検出部２０が備えられ、脈波信号が検出される。
【００２０】
プローブ部１および測定本体部２では、それぞれ固定された測定箇所における脈波信号が検出され、検出された２つの脈波信号から、測定本体部２が備える生体情報の算出部によって、心拍出量等の生体情報が算出されて、表示部５０に表示される。
【００２１】
なお、図２では、左手の薬指にプローブ部１が装着され、左手首に測定本体部２が装着されているが、各部１、２が右手に装着されても良く、また、プローブ部１は、薬指以外の指に装着されてもよい。
【００２２】
以下、図２に示す形態の生体情報測定装置１００について説明する。
【００２３】
＜構成＞
図１は、生体情報測定装置１００の機能ブロックの構成例を示す図である。生体情報測定装置１００は、第１脈波検出部１０、第２脈波検出部２０、測定制御部３０、入力部４０、および、表示部５０を備える。なお、生体情報測定装置１００では、破線で示すように、第１脈波検出部１０がプローブ部１に搭載され、第２脈波検出部２０、測定制御部３０、入力部４０および表示部５０が、測定本体部２に搭載されている。
【００２４】
第１脈波検出部１０は、第１発光部１１、および、第１受光部１２を備える。
【００２５】
第１発光部１１は、所定の第１波長の光、例えば、赤外光（波長８５０ｎｍ〜９５０ｎｍ）を照射する発光ダイオード等のＩＲ発光素子である。第１受光部１２は、生体、例えば、手指を透過または反射した第１発光部１１の光（赤外光）を受光するシリコンホトダイオード等のＩＲ受光素子である。
【００２６】
第１発光部１１は、生体組織に対し赤外光を照射する。第１受光部１２は、第１発光部１１によって生体組織に照射された赤外光の生体組織を透過または反射した赤外光を受光し、この受光した赤外光を光電変換することによって、その受光量に応じた電気信号を測定データとして測定制御部３０へ出力する。生体組織を透過または反射した赤外光の光量は、心拍による動脈血の脈動により変動するので、第１脈波検出部１０は、その変動成分を測定する。
【００２７】
第２脈波検出部２０は、第２発光部２１、および、第２受光部２２を備える。
【００２８】
第２発光部２１は、所定の第２波長の光、例えば、緑色光（波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ）を照射する発光ダイオード等のＧ発光素子である。第２受光部２２は、生体、例えば、手指を透過または反射した第２発光部２１の光（緑色光）を受光するシリコンホトダイオード等のＧ受光素子である。
【００２９】
第２発光部２１は、生体組織に対し緑色光を照射する。第２受光部２２は、第２発光部２１によって生体組織に照射された緑色光の生体組織を透過または反射した緑色光を受光し、この受光した緑色光を光電変換することによって、その受光量に応じた電気信号を測定データとして測定制御部３０へ出力する。
【００３０】
測定制御部３０は、発光駆動部３１、Ｉ／Ｖ変換部３２、増幅部３３、Ａ／Ｄ変換部３４、時間ずれ算出部３５、直流成分算出部３６、脈拍数算出部３７、生体情報算出部３８、および、生体情報記憶部３９を備える。測定制御部３０は、第１脈波検出部１０および第２脈波検出部２０によって測定された測定データに基づいて、測定対象の生体に関する所定の生体情報を求めるものである。測定制御部３０は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリおよびその周辺回路を備えるマイクロコンピュータによって構成される。メモリには、測定データに基づいて生体情報を求めるための生体情報算出プログラムや、生体情報測定装置１００全体を制御するための制御プログラム等の各種のプログラム、測定データやプログラムの実行に必要なデータ等の各種のデータが記憶され、いわゆるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等であるマイクロプロセッサが、メモリに記憶されているプログラムを実行することにより、各機能部の全部または一部を実現する。
【００３１】
発光駆動部３１は、第１発光部１１、第２発光部２１、第１受光部１２、および、第２受光部２２それぞれを駆動および制御するものである。例えば、第１発光部１１および第２発光部２１における各光の放射（点灯）および停止（消灯）の各駆動制御、放射光強度の各調整制御等、第１受光部１２および第２受光部２２における各受光の開始および停止の各駆動制御等を行う。
【００３２】
Ｉ／Ｖ変換部３２は、第１受光部１２および第２受光部２２が出力した電流である測定データそれぞれを、電圧の測定データに変換し出力する。なお、Ｉ／Ｖ変換部３２は、第１受光部１２および第２受光部２２が出力したそれぞれの測定データ用の処理回路を有し、各測定データを各処理回路によって並行で処理する。または、Ｉ／Ｖ変換部３２は、測定データの処理回路を１つ有し、第１受光部１２が出力した測定データと第２受光部２２が出力した測定データとを、交互に時分割で処理してもよい。増幅部３３、Ａ／Ｄ変換部３４も同様である。
【００３３】
増幅部３３は、発光駆動部３１が出力した電圧の測定データを増幅し出力する。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換部３４は、増幅部３３が出力したアナログデータである測定データを、デジタルデータの測定データに変換して出力する。Ａ／Ｄ変換部３４は、所定のサンプリング周期（例えば、１００Ｈｚ）で増幅部３３からの測定データをサンプリングすることによって時系列の測定データを出力する。第１受光部１２が出力する測定データと、第２受光部２２が出力する測定データとのサンプリングは、同期をとって行う。または、第１受光部１２が出力する測定データと、第２受光部２２が出力する測定データとのサンプリングは、交互に時分割で行ってもよい。
【００３５】
以下、第１受光部１２が出力し、Ｉ／Ｖ変換部３２、増幅部３３およびＡ／Ｄ変換部３４を経て出力されたデジタルデータの測定データは、「第１脈波信号」と適宜に呼称され、第２受光部２２が出力し、Ｉ／Ｖ変換部３２、増幅部３３およびＡ／Ｄ変換部３４を経て出力されたデジタルデータの測定データは、「第２脈波信号」と適宜に呼称される。
【００３６】
時間ずれ算出部３５は、第１脈波信号における所定の位相となる第１時点と、これに対応する第２脈波信号における前記所定の位相（第１脈波信号の所定の位相と同じ位相）となる第２時点との、時間的なずれ量Δｔを算出する。つまり、時間ずれ算出部３５は、第１脈波信号および第２脈波信号において、同一の拍動による（対応する）脈波信号同士の、時間的なずれ量を算出する。
【００３７】
図４に、脈波信号の例を示す。図４の上段は、心電図波形Ｓｇ１を示す図であり、その縦軸は、心電図データの値であり、横軸は、時間である。図４の中断は、第２脈波検出部２０から検出した第２脈波信号Ｓｇ２を示す図であり、その縦軸は、脈波の振幅を表す値であり、横軸は、時間である。また、図４の下段は、第１脈波検出部１０から検出した第１脈波信号Ｓｇ３を示す図であり、その縦軸は、脈波の振幅を表す値であり、横軸は、時間である。
【００３８】
図４で示す第２脈波信号Ｓｇ２は、手首に装着された測定本体部２の第２脈波検出部２０により検出される信号である。ここで、心電図波形に含まれるＲ波のピーク値Ｒの発生時刻Ｔ０から、第２脈波信号のピーク値ｍの発生時刻Ｔ１までの時間は、所定の位置（例えば略心臓の位置）から手首までの脈波伝播時間である。心電図波形に含まれるＲ波のピークに対応して、第２脈波信号Ｓｇ２のピークｍが生じる。
【００３９】
同様に、図４で示す第１脈波信号Ｓｇ３は、指先に装着されたプローブ部１の第１脈波検出部１０により検出される信号である。ここで、心電図波形に含まれるＲ波のピーク値Ｒの発生時刻Ｔ０から、第１脈波信号のピーク値ｍの発生時刻Ｔ２までの時間は、前記所定の位置から指先までの脈波伝播時間である。心電図波形に含まれるＲ波のピークに対応して、第１脈波信号Ｓｇ３のピークｍが生じる。
【００４０】
第２脈波信号Ｓｇ２は、心臓に距離的に相対的に近い位置で検出された信号であり、第１脈波信号Ｓｇ３は、心臓に距離的に相対的に遠い位置で検出された信号である。
【００４１】
つまり、指先の方が手首よりも心臓から遠いので、Ｔ１＜Ｔ２であり、脈波伝播時間のずれ、具体的には、時刻Ｔ１と時刻Ｔ２で差が生じる。このずれ量が、第２脈波検出部２０（手首）から第１脈波検出部１０（指先）までの、脈波伝播時間であり、時間ずれ算出部３５は、このずれ量Δｔを算出する（Δｔ＝｜Ｔ２−Ｔ１｜）。言い換えれば、ずれ量Δｔは、同一の鼓動に起因した第１および第２脈波信号における同じ位相となる各時点間のずれ時間である。
【００４２】
このように、生体情報測定装置１００では、身体の２か所で測定した２つの光電脈波信号からずれ量Δｔを求めることができればよい。したがって、脈波伝播時間が異なる２箇所、すなわち、生体情報測定装置１００は、心臓から脈波が伝搬する経路において、心臓からの距離が互いに異なる２か所で、脈波を検出すればよい。
【００４３】
直流成分算出部３６は、第１脈波信号をＬＰＦ（ローパスフィルタ）によってフィルタ処理をすることによって、第１脈波信号の直流成分ＤＣを算出する。
【００４４】
脈拍数算出部３７は、第１脈波信号から、１分間あたりの脈拍数ＰＲを算出する。例えば、脈拍数算出部３７は、図４に示す第１脈波信号Ｓｇ３のピーク値ｍと、次のピーク値ｍとの間の時間間隔（Ｔ２とＴ２との間隔）を求め、この求めた時間間隔で１分を割ることによって求める。あるいは、脈拍数算出部３７は、複数のピーク間隔の平均値を求め、この求めた時間間隔で１分を割ることによって求める。あるいは、脈拍数算出部３７は、１分間のピーク数を計測することによって求める。
【００４５】
なお、実施形態では、第１脈波信号の直流成分が算出され、また、脈拍数が算出されているが、第２脈波信号が用いられてもよい。
【００４６】
生体情報算出部３８は、生体情報として心拍出量、すなわち、心臓が１分間に動脈に拍出する血液の量を算出する。算出方法は、後述の＜心拍出量の算出方法＞の項で説明する。
【００４７】
生体情報記憶部３９は、生体情報算出部３８が検出した生体情報を記憶する。その際、生体情報記憶部３９は、測定時の日時を、測定制御部３０に備えられたタイマー（不図示）から取得し、この取得した日時と対応付けて記憶する。
【００４８】
ここで、図１０には、生体情報記憶部３９に記憶している生体情報履歴テーブル３９００の構成および内容の例が示されている。この生体情報履歴テーブル３９００は、日時３９０１、心拍出量３９０２、および、ＳｐＯ２（３９０３）を有する。生体情報履歴テーブル３９００には、１回の測定につき１レコードが登録される。
【００４９】
日時３９０１は、測定が行われた日時を示す。心拍出量３９０２は、日時３９０１が示す日時に測定された心拍出量ＣＯを示す。ＳｐＯ２（３９０３）は、日時３９０１が示す日時に測定された血中酸素飽和度ＳｐＯ２を示す。
【００５０】
図１０では、生体情報として、心拍出量ＣＯと血中酸素飽和度ＳｐＯ２とが記憶されるが、心拍出量ＣＯを算出する過程で得られた他の生体情報、例えば、心拍数ＰＲ、脈波伝播速度ＰＷＶ、相対血圧ＢＰ等も記憶されてもよい。
【００５１】
入力部４０は、生体情報の測定の開始の指示、その終了の指示等を生体情報測定装置１００に入力する機器であり、例えば、図２に示す測定本体部２の表示部５０横のボタン等である。
【００５２】
表示部５０は、測定した生体情報等を表示（出力）する機器であり、例えば、図２に示す液晶ディスプレイ等である。表示する生体情報は、心拍出量に限らず、心拍出量を算出する過程で求められる心拍数、脈波伝播速度、血管断面積等の生体情報や、血中酸素飽和度等であり、そのすべてが表示部５０に表示されてもよく、また、選択的に組み合わせて表示されてもよい。
【００５３】
なお、測定制御部３０が備える機能部のうちの一部、例えば、Ｉ／Ｖ変換部３２、増幅部３３等が、第１脈波検出部１０および第２脈波検出部２０に搭載されてもよい。
【００５４】
また、実施形態の生体情報測定装置１００における他の一例の外観（装着状態）が図３に示されている。この図３に示す生体情報測定装置１００では、測定本体部２のうち、脈波信号を検出する第２脈波検出部２０を備えるプローブ２ａのみが、指に装着される。図３に示すように、測定本体部２のプローブ２ａは、固定用のバンドを備え、この固定用のバンドを、被験者の左手の人差し指の根元から第２指関節までの間の部分に巻きつけることで装着される。この場合、測定制御部３０、入力部４０、および、表示部５０を備えた測定本体部２と、プローブ２ａとが、例えば、ケーブルまたは無線で接続される。
【００５５】
なお、図３では、左手の人差し指にプローブ部１とプローブ２ａとが装着されているが、各部１、２ａは、右手に装着されて良く、また、他の指に装着されても良い。
【００５６】
図２および図３では、指先の位置と手首の位置との２つの位置で、あるいは、指先の位置と指の根本の位置との２つの位置で脈波信号が検出されているが、２つの検出位置は、これらの位置、組み合わせに限られない。例えば、検出位置は、手の平における所定の位置や、手の甲における所定の位置であってもよい。また、検出位置は、手における位置に限らず、足の指先の位置、足の指の根本の位置、足の甲における所定の位置、足の裏における所定の位置、足首の位置であってもよい。新生児のように手指が小さく、脈波信号の測定が困難である場合には、足のいずれかの位置で脈波信号を測定することが可能となる。
【００５７】
上述のように、生体情報測定装置１００では、身体の２か所（２つの検出位置）で測定した２つの光電脈波信号からずれ量Δｔを求めることができればよいので、心臓から脈波が伝搬する経路上における前記心臓からの距離が互いに異なる２か所が、選択されて、組み合わせられる。
【００５８】
＜心拍出量の算出方法＞
次に、生体情報算出部３８が、心拍出量を算出する方法について説明する。
【００５９】
心拍出量は、上述の式（１）を用いて算出される。ここで、心拍出量ＣＯの単位は、ｍｌ（ミリリットル）であり、脈波伝播速度ＰＷＶの単位は、ｍ／ｓｅｃ（メートル／秒）であり、血管断面積ＡＲの単位は、ｃｍ２（平方センチメートル）である。
【００６０】
脈波伝播速度ＰＷＶは、以下の式（２）を用いて算出される。
ＰＷＶ＝Ｄ÷Δｔ      ・・・（２）
ここで、Δｔは、時間ずれ算出部３５が算出した脈波ずれ量Δｔである（図４参照）。Ｄは、第１脈波検出部１０と第２脈波検出部２０との距離、詳細には、第１脈波検出部１０が脈波を検出する位置と第２脈波検出部２０が脈波を検出する位置と間の距離である。
【００６１】
生体情報測定装置１００の設計上、第１脈波検出部１０と第２脈波検出部２０との間の距離（距離Ｄ）をどのくらいとするかは、血流速と脈波のサンプリングレートを考慮して適宜に決定される。
【００６２】
血流速は、生体の場所によって異なるが、概ね２０ｃｍ／秒から６０ｃｍ／秒の間であることから、第１受光部１２および第２受光部２２それぞれから出力される各測定データのサンプリングレートが１００Ｈｚである場合、距離Ｄが１０ｃｍ〜２０ｃｍのいずれかの値に設定されれば、十分な時間分解能で、ずれ量Δｔが算出できる。また、サンプリングレートが１ｋＨｚである場合、距離Ｄが１ｃｍ〜２ｃｍのいずれかの値に設定されれば、ずれ量Δｔが算出できる。
【００６３】
距離Ｄは、生体情報測定装置１００において、ケーブル３の長さを既定することによって規定できる。しかし、心疾患やその憎悪を発見するためには、心拍出量の時間的変化（時間的傾向）が把握できればよいので、必ずしも心拍出量の絶対値を算出する必要はない。このため、距離Ｄは、必ずしも正確である必要はなく、誤差を含み、実際の距離と異なってもよい。
【００６４】
実施形態では、距離Ｄは、予め定められているものとする。距離Ｄは、例えば、手首と薬指の先端部との平均的な距離等に設定される。距離Ｄを固定値とすることで測定値の再現性が高くなるので、距離Ｄを固定値とすることは、測定値の変動に重点を置いてモニターする場合に適する。
【００６５】
なお、血流速の絶対値を求めるために、距離Ｄの正確な値が、測定時に入力部４０を介して測定者によって入力されてもよい。
【００６６】
血管断面積ＡＲは、血管断面積ＡＲと相関関係にある脈波信号の直流成分ＤＣを用いて、以下の式（３）を用いて算出できる。
ＡＲ＝ｆ（ＤＣ）      ・・・（３）
ここで、ＡＲは、血管断面積を示し、ＤＣは、直流成分算出部３６が算出した直流成分を示す。関数ｆは、ＡＲとＤＣとの相関関係を示す関数であり、例えば、複数の実測値から統計処理等によって予め求めるものとする。
【００６７】
赤外光は、血中のヘモグロビンによって吸収される。したがって、血管の拡張期には、第１脈波検出部１０から照射された赤外光の、ヘモグロビンによる吸収量が多くなり、直流成分が減少する。よって、直流成分ＤＣを観察することによって、血管の収縮状態との相関の値、あるいは、相対血圧との相関の値を求めることが可能となる。つまり、血管断面積ＡＲは、相対血圧ＢＰと相関関係があり、相対血圧ＢＰは、直流成分ＤＣと相関関係がある。したがって、血管断面積ＡＲと直流成分ＤＣとは、相関関係があることになる。
【００６８】
実施形態では、以下の式（４）を用いて、簡便に心拍出量ＣＯを算出できる。
ＣＯ＝αＰＷＶ×ｆ（ＤＣ）×ＰＲ        ・・・（４）
このように、２か所における脈波信号を測定するだけで、心拍出量を求めることが可能となる。生体情報記憶部３９に記憶してある過去の心拍出量と比較することにより、心拍出量の時間的な変動を把握することができるので、症状の変化を早期に検知することが可能となる。
【００６９】
なお、関数ｆは、測定ごとに計算されるのではなく、測定時の処理（ＣＰＵへの負荷）の軽減のために、予め用意されても良い。例えば、図５の表１０１に示すように、直流成分ＤＣの値に応じた、血管断面積ＡＲとの関係を表す係数ｋ１が予め求められ、測定制御部３０に記憶される。より詳しくは、例えば、直流成分ＤＣの値が「ｄｃ１」〜「ｄｃ２」の間の値である場合、係数ｋ１は、値「ｄ１２」とされ、以下の式を用いて、簡便に心拍出量ＣＯが算出される。「ｄｃ１」、「ｄｃ２」、「ｄｃ３」等の値は、関数ｆの態様（プロファイル）に応じて適宜に定める。後述する他の関数も、処理の軽減の為に同様の表が用いられてもよい。
ＣＯ＝αＰＷＶ×（ｋ１×ＤＣ）×ＰＲ
【００７０】
＜動作＞
次に、実施形態の生体情報測定装置１００の動作について説明する。図６は、生体情報のうちの心拍出量を求める処理を示すフローチャートである。
【００７１】
生体情報測定装置１００において、図２に示すように、プローブ部１が指先に装着され、測定本体部２が手首に装着され、電源スイッチ（入力部４０）が押下されると、測定対象である生体に対する生体情報の測定が開始される。
【００７２】
測定制御部３０は、発光駆動部３１に指示して、第１脈波検出部１０および第２脈波検出部２０を駆動させる。より具体的には、第１発光部１１は、赤色光Ｒを生体に向けた照射を開始し、第２発光部２１は、緑色光Ｇを生体に向けた照射を開始する。第１受光部１２は、生体を透過した赤色光Ｒの受光を開始し、第２受光部２２は、生体によって反射された緑色光Ｇの受光を開始し、これらは、それぞれ測定データを出力する。
【００７３】
測定制御部３０は、第１脈波検出部１０および第２脈波検出部２０それぞれから各測定データを取得し、Ｉ／Ｖ変換部３２、増幅部３３およびＡ／Ｄ変換部３４それぞれを用いて、第１脈波信号および第２脈波信号を生成（取得）する（ステップＳ１１、ステップＳ１２）。
【００７４】
測定制御部３０は、第１脈波信号を、直流成分算出部３６および脈拍数算出部３７それぞれへ出力し、第１脈波信号および第２脈波信号を時間ずれ算出部３５へ出力する。
【００７５】
脈拍数算出部３７は、測定制御部３０から入力された第１脈波信号に対して、通過周波数帯域を０．２〜５ＨｚとするＢＰＦ（バンドパスフィルタ）処理を行う。この通過させる周波数帯域は、通過した信号によって脈拍が検出できるものであればよい。次に、脈拍数算出部３７は、フィルタリングされた第１脈波信号から、脈拍数ＰＲを算出する（ステップＳ１５）。例えば、脈拍数算出部３７は、信号のピーク間の時間間隔を求め、１分を割ることで脈拍数ＰＲを求める。
【００７６】
直流成分算出部３６は、測定制御部３０から入力された第１脈波信号に対して、通過周波数帯域を数Ｈｚ以下とするＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理を行い、第１脈波信号の直流成分ＤＣを算出する（ステップＳ１６）。
【００７７】
時間ずれ算出部３５は、測定制御部３０から入力された第１脈波信号と第２脈波信号との、時間的なずれ量Δｔ（図４参照）を算出する（ステップＳ１３）。
【００７８】
測定制御部３０は、脈拍数算出部３７によって算出された心拍数ＰＲ、直流成分算出部３６によって算出された直流成分ＤＣ、および、時間ずれ算出部３５によって算出されたずれ量Δｔを、生体情報算出部３８へ出力する。
【００７９】
心拍数ＰＲ、直流成分ＤＣおよびずれ量Δｔが入力された生体情報算出部３８は、まず、上述のように式（２）を用いて、ずれ量Δｔから脈波伝播速度ＰＷＶを算出する（ステップＳ１４）。次に、生体情報算出部３８は、上述の式（４）を用いて心拍出量ＣＯを算出する（ステップＳ１７）。生体情報算出部３８は、算出した心拍出量ＣＯを、表示部５０に表示させ、タイマーから取得した現在の時刻と対応付けて、生体情報記憶部３９に記憶させる（ステップＳ１８）。
【００８０】
＜第１変形例＞
上述では、直流成分ＤＣから心拍出量ＣＯが求められているが、第１変形例では、直流成分ＤＣから相対血圧ＢＰが求められる。
【００８１】
直流成分ＤＣと相対血圧ＢＰとは、相関関係があることから、相対血圧ＢＰは、以下の式（５）を用いて求めることができる。
ＢＰ＝ｇ（ＤＣ）      ・・・（５）
ここで、関数ｇは、ＤＣとＢＰとの相関関係を示す関数である。
【００８２】
さらに、相対血圧ＢＰと血管断面積ＡＲとは相関関係があることから、以下の式（６）を用いて血管断面積ＡＲを求めることができる。
ＡＲ＝ｈ（ＢＰ）      ・・・（６）
ここで、関数ｈは、ＢＰとＡＲの相関関係を示す関数である。
【００８３】
したがって、心拍出量ＣＯは、以下の式（４’）を用いて求めることができる。
ＣＯ＝αＰＷＶ×（ｈ（ＢＰ））×ＰＲ        ・・・（４’）
【００８４】
＜動作＞
次に、第１変形例の生体情報測定装置１００の動作について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。図６を用いて上述した第１実施形態の心拍出量算出処理に対する、この第１変形例の心拍出量算出処理の相違は、図７に示すように、血管断面積ＡＲを求める際に、相対血圧ＢＰを一旦算出する点のみである。ここでは、図６に示すフローチャートと異なる点のみを説明する。なお、図６および図７の各フローチャートにおいて、番号が同じステップは、処理が同じである。
【００８５】
図７に示す第１変形例にかかるフローチャートと図６に示す上述の第１実施形態にかかるフローチャートとの相違点は、次の２点である。１点目は、ステップＳ１６において直流成分ＤＣを求めた後に、ステップＳ２１において、式（５）を用いて相対血圧ＢＰを算出し、その後にステップＳ２２を実行する点である。２点目は、ステップＳ２２において心拍出量ＣＯを算出する場合に、相対血圧ＢＰを用いて心拍出量ＣＯを算出する点である。
【００８６】
より具体的には、生体情報算出部３８は、脈拍数算出部３７によって算出された心拍数ＰＲ、直流成分算出部３６によって算出された直流成分ＤＣ、および、時間ずれ算出部３５によって算出されたずれ量Δｔが入力されると、まず、式（２）を用いて脈波伝播速度ＰＷＶを算出し（ステップＳ１４）、上述の式（５）を用いて相対血圧ＢＰを算出する（ステップＳ２１）。そして、生体情報算出部３８は、上述の式（４’）を用いて心拍出量ＣＯを算出する（ステップＳ２２）。生体情報算出部３８は、算出した心拍出量ＣＯ、相対血圧ＢＰを、表示部５０に表示させ、タイマーから取得した現在の時刻と対応付けて、生体情報記憶部３９に記憶させる（ステップＳ１８）。
【００８７】
＜第２変形例＞
上述では、生体情報として心拍出量ＣＯが算出されているが、この変形例２では、心拍出量ＣＯに加えて、血中酸素飽和度ＳｐＯ２が算出される。
【００８８】
＜機能＞
図８は、第１実施形態における第２変形例の生体情報測定装置２００において、その機能ブロックの構成例を示す図である。図１を用いて上述した第１実施形態の生体情報測定装置１００に対する、この生体情報測定装置２００の相違点は、血中酸素飽和度ＳｐＯ２をさらに求める点である。ここでは、図１に示す生体情報測定装置１００と異なる点のみを説明する。なお、図１に示す生体情報測定装置１００および図８に示す生体情報測定装置２００において、同じ符号の機能ブロックの機能は、同じである。
【００８９】
図１に示す生体情報測定装置１００と図８に示す生体情報測定装置２００との相違点は、次の２点である。１点目は、血中酸素飽和度ＳｐＯ２の算出に必要な脈波信号を測定するために、第１脈波検出部１０は、第３発光部１３および第３受光部１４をさらに備える点である。２点目は、測定制御部３０が生体情報算出部３８に代え生体情報算出部６８を備え、この生体情報算出部６８が、心拍出量ＣＯを算出することに加えて、血中酸素飽和度ＳｐＯ２も算出する点である。
【００９０】
第３発光部１３は、所定の第３波長の光、例えば、赤色光（波長６００ｎｍ〜７５０ｎｍ）を照射する発光ダイオード等のＲ発光素子である。第３受光部１４は、生体、例えば、手指を透過または反射した第３発光部１３の光（赤色光）を受光するシリコンホトダイオード等のＲ受光素子である。
【００９１】
第３発光部１３は、生体組織に対し赤色光を照射する。第３受光部１４は、第３発光部１３によって生体組織に照射された赤色光の生体組織を透過または反射した赤色光を受光し、この受光した赤色光を光電変換することによって、その受光量に応じた電気信号を測定データとして測定制御部３０へ出力する。なお、以下、第３受光部１４が出力し、測定制御部３０のＩ／Ｖ変換部３２、増幅部３３およびＡ／Ｄ変換部３４を経て出力されたデジタルデータの測定データは、「第３脈波信号」と呼称される。
【００９２】
互いに波長の異なる複数の光を生体へそれぞれ照射して、生体を透過または反射した各光をそれぞれ受光することによって得られた各測定データに基づいて、血中酸素飽和度ＳｐＯ２を算出可能であることが、従来から知られている。
【００９３】
血中酸素飽和度は、血中（血液中）の酸化ヘモグロビンの割合として定義される。ヘモグロビンは、酸化されて酸化ヘモグロビンになると赤色光の吸収が減少して赤外光の吸収が増加し、逆に還元されてヘモグロビンに戻ると赤色光の吸収が増加して赤外光の吸収が減少するという光学的特性を有している。このようなヘモグロビンと酸化ヘモグロビンとの赤色光と赤外光とに対する吸光特性の違いを利用することによって、血中酸素飽和度は、求められる。
【００９４】
より具体的には、赤外光ＩＲにおける、透過光または反射光の強度の直流成分と交流成分との比である赤外直交比の時系列データと、赤色光Ｒにおける、透過光または反射光の強度の直流成分と交流成分との比である赤色直交比の時系列データとに基づいて、血中酸素飽和度ＳｐＯ２が求められる（例えば日本国の特許第４６１３２６１号公報等参照）。
【００９５】
なお、図８では、第１脈波信号を測定する第１発光部１１および第１受光部１２と、第３脈波信号を測定する第３発光部１３および第３受光部１４は、第１脈波検出部１０に含まれるが、第３発光部１３および第３受光部１４は、例えば、第３脈波検出部として第１脈波検出部１０とは別に設けられてもよい。
【００９６】
さらに、第１受光部１２と第３受光部１４は、波長が異なる第１発光部１１と第３発光部１３のそれぞれから照射される各光の各波長帯に感度を持つ、ひとつの受光素子で兼用されてもよい。この場合、例えば、測定制御部３０は、第１発光部１１における赤外光ＩＲの照射と、第３発光部１３における赤色光Ｒの照射とを、交互に時分割で行うように制御し、それぞれの時間帯において前記兼用の受光素子が出力した測定データから、第１脈波信号と第３脈波信号とを生成する。
【００９７】
＜動作＞
次に、第２変形例の生体情報測定装置２００の動作について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。図６を用いて上述した第１実施形態の心拍出量算出処理に対する、この第２変形例の心拍出量算出処理の相違は、上述のように、さらに、血中酸素飽和度ＳｐＯ２を算出する点である。ここでは、図６に示すフローチャートと異なる点のみを説明する。なお、図６および図９の各フローチャートにおいて、番号が同じステップは、処理が同じである。
【００９８】
図９に示す第２変形例にかかるフローチャートと図６に示す上述の第１実施形態にかかるフローチャートとの相違点は、ステップＳ３１において第３脈波信号を取得し、続くステップＳ３２において生体情報算出部６８によって血中酸素飽和度ＳｐＯ２を算出する点である。
【００９９】
より具体的には、測定制御部３０は、第１脈波検出部１０から赤色光Ｒに関する測定データと赤外光ＩＲに関する測定データとを取得し、第２脈波検出部２０から測定データを取得し、Ｉ／Ｖ変換部３２、増幅部３３およびＡ／Ｄ変換部３４それぞれを用いて、第１脈波信号、第２脈波信号、および、第３脈波信号を生成（取得）する（ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ３１）。
【０１００】
測定制御部３０は、第１脈波信号を、直流成分算出部３６および脈拍数算出部３７それぞれへ出力し、第１脈波信号および第２脈波信号を時間ずれ算出部３５へ出力し、第１脈波信号および第３脈波信号を生体情報算出部６８へ出力する。
【０１０１】
第１脈波信号および第３脈波信号が入力された生体情報算出部６８は、上述のように血中酸素飽和度ＳｐＯ２を算出する（ステップＳ３２）。
【０１０２】
測定制御部３０は、脈拍数算出部３７によって算出された心拍数ＰＲ、直流成分算出部３６によって算出された直流成分ＤＣ、および、時間ずれ算出部３５によって算出されたずれ量Δｔを、生体情報算出部３８に出力する。これら心拍数ＰＲ、直流成分ＤＣおよびずれ量Δｔが入力された生体情報算出部６８は、上述の式（４）を用いて心拍出量ＣＯを算出する（ステップＳ１７）。
【０１０３】
生体情報算出部６８は、算出した心拍出量ＣＯ、および、血中酸素飽和度ＳｐＯ２を、表示部５０に表示させ、タイマーから取得した現在の時刻と対応付けて、生体情報記憶部３９に記憶させる（ステップＳ１８、図１０参照）。
【０１０４】
＜第２実施形態＞
第１実施形態の生体情報測定装置１００では、図２に示すように、プローブ部１が左手の指先に装着され、測定本体部２が左手の手首に装着されている。被験者は、生体情報測定装置１００が装着された手を動かすことがあり得、毎回同じような状態（腕の向き）で、例えば、腕を机の上などに置いた水平状態で測定するとは限らない。
【０１０５】
例えば、腕を上げた状態と、腕を下げた状態とでは、血管に流れる血液の量が変わる。つまり、直流成分ＤＣが変わることになる。このため、心拍出量ＣＯの変動を正確に検出することができなくなる可能性がある。また、心拍出量ＣＯの値も正確に算出することができなくなる可能性がある。
【０１０６】
そこで、第２実施形態では、生体情報測定装置３００が装着されている状態が、判定（推定）され、その状態に応じて、以下の式（７）を用いて直流成分ＤＣを補正することで、測定精度が向上される。
ＤＣ２＝ｐ（ＤＣ，Ｘ，Ｙ，Ｚ）        ・・・（７）
ここで、関数ｐは、ＤＣの補正関数であり、状態ごとに求められているものとする。ＤＣは、直流成分算出部３６によって算出された直流成分であり、ＤＣ２は、補正後の直流成分である。Ｘ、Ｙ、Ｚは、後述する加速度センサ７１が出力する３軸（ｘ、ｙ、ｚ）の軸方向成分である。
【０１０７】
＜機能＞
図１１は、第２実施形態の生体情報測定装置３００において、その機能ブロックの構成例を示す図である。図１１において、生体情報測定装置３００は、第１脈波検出部１０、第２脈波検出部２０、測定制御部３０、入力部４０および表示部５０を備える。測定制御部３０は、発光駆動部３１、Ｉ／Ｖ変換部３２、増幅部３３、Ａ／Ｄ変換部３４、時間ずれ算出部３５、直流成分算出部３６、脈拍数算出部３７、加速度センサ７１、状態判定部７２、判定条件記憶部７３、生体情報算出部７８および生体情報記憶部７９を備える。なお、図１に示す生体情報測定装置１００および図１１に示す生体情報測定装置３００において、同じ符号の機能ブロックの機能は、同じである。
【０１０８】
加速度センサ７１は、いわゆる３軸加速度センサであり、加速度センサ７１内の座標系における３軸（ｘ、ｙ、ｚ）それぞれの軸方向成分として検出される重力加速度を出力する。出力された各軸の重力加速度から、加速度センサ７１を搭載する測定本体部２が地面に対してどのくらい傾いているかが、認識可能である。
【０１０９】
状態判定部７２は、加速度センサ７１から出力される重力加速度から、測定本体部２の傾きを判定し、被験者の状態（腕の向き）を推定する。実施形態では、図１３に示すような３つの状態が推定される。図１３Ａは、生体情報測定装置３００を装着した腕を上げている状態を示す図であり、図１３Ｂは、腕を水平状態にしている状態を示す図であり、図１３Ｃは、腕を下げている状態を示す図である。図１３Ａ、図１３Ｂおよび図１３Ｃのそれぞれの座標軸は、加速度センサ７１内の座標系を示す。
【０１１０】
この状態判定部７２は、判定条件記憶部７３に予め記憶されている状態判定条件テーブル７３００を参照することで、被験者の状態を判断する。より具体的には、判定条件記憶部７３には、例えば状態判定条件テーブル７３００が予め記憶されている。図１２には、状態判定条件テーブル７３００の構成および内容の例が示されている。
【０１１１】
この状態判定条件テーブル７３００は、Ｘベクトル７３０１、Ｙベクトル７３０２、Ｚベクトル７３０３および状態７３０４を有する。Ｘベクトル７３０１は、ｘ軸の重力加速度の範囲を示し、Ｙベクトル７３０２は、ｙ軸の重力加速度の範囲を示し、Ｚベクトル７３０３は、ｚ軸の重力加速度の範囲を示す。状態７３０４は、加速度センサ７１から出力された３軸の重力加速度それぞれが、Ｘベクトル７３０１〜Ｚベクトル７３０３が示すそれぞれの範囲内である場合の、被験者の状態（判定結果）を示す。「上向き」は、図１３Ａで示す状態であり、「横向き」は、図１３Ｂで示す状態であり、「下向き」は、図１３Ｃで示す状態である。例えば、加速度センサ７１によって出力されたｘ軸の重力加速度が「ｘ２〜ｘ３」の範囲であり、ｙ軸の重力加速度が「ｙ２〜ｙ３」の範囲であり、ｚ軸の重力加速度が「ｚ２〜ｚ３」の範囲である場合に、状態判定部７２は、被験者の状態は「横向き」であると判定する。
【０１１２】
なお、この第２実施形態では、被験者の状態は、腕を上げた状態、横にした状態および下げた状態の３つの状態としているが、これに限られず、例えば、上向きの状態および下向きの２つの状態としてもよい。
【０１１３】
＜動作＞
次に、第２実施形態の生体情報測定装置３００の動作について、図１４に示すフローチャートを用いて説明する。図６を用いて上述した第１実施形態の心拍出量算出処理に対する、この第２実施形態の心拍出量算出処理の相違は、上述のように、さらに、被験者の状態に応じて直流成分ＤＣを補正する点である。ここでは、図６に示すフローチャートと異なる点のみを説明する。なお、図６および図１４の各フローチャートにおいて、番号が同じステップは、処理が同じである。
【０１１４】
図１４に示す第２実施形態にかかるフローチャートと図６に示す上述の第１実施形態にかかるフローチャートとの相違点は、ステップＳ４１において被験者の状態（腕の向き）を判定し、ステップＳ４２において直流成分算出部３６によって算出した直流成分ＤＣを、この判定した状態（腕の向き）に応じて補正する点である。
【０１１５】
より具体的には、生体情報測定装置３００において、図２に示すように、プローブ部１が指先に装着され、測定本体部２が手首に装着され、電源スイッチ（入力部４０）が押下されると、測定対象である生体に対する生体情報の測定が開始される。
【０１１６】
測定制御部３０は、まず、加速度センサ７１を起動させて、加速度センサ７１から出力される３軸の重力加速度を取得し、この取得した３軸の重力加速度を状態判定部７２へ出力する。
【０１１７】
３軸の重力加速度が入力された状態判定部７２は、判定条件記憶部７３に記憶されている状態判定条件テーブル７３００を参照して、上述のように、状態を判定し、この判定した状態、および、加速度センサ７１の出力値（３軸の重力加速度）を作業領域（ワーキングメモリ）に記憶する（ステップＳ４１）。
【０１１８】
次に、測定制御部３０は、発光駆動部３１に指示して、第１脈波検出部１０および第２脈波検出部２０を駆動させ、第１脈波信号および第２脈波信号を生成（取得）する（ステップＳ１１、ステップＳ１２）。
【０１１９】
測定制御部３０は、第１脈波信号を、直流成分算出部３６および脈拍数算出部３７それぞれへ出力し、第１脈波信号および第２脈波信号を、時間ずれ算出部３５へ出力する。
【０１２０】
脈拍数算出部３７は、測定制御部３０から入力された第１脈波信号に対して、前記ＢＰＦ処理を行い、フィルタリングされた第１脈波信号から、脈拍数ＰＲを算出する（ステップＳ１５）。
【０１２１】
直流成分算出部３６は、測定制御部３０から入力された第１脈波信号に対して、前記ＬＰＦ処理を行い、直流成分ＤＣを算出する（ステップＳ１６）。
【０１２２】
時間ずれ算出部３５は、測定制御部３０から入力された第１脈波信号と第２脈波信号との、時間的なずれ量Δｔ（図４参照）を算出する（ステップＳ１３）。
【０１２３】
測定制御部３０は、脈拍数算出部３７によって算出された心拍数ＰＲ、直流成分算出部３６によって算された直流成分ＤＣ、時間ずれ算出部３５によって算出されたずれ量Δｔ、および、ステップＳ４１で前記作業領域に記憶しておいた加速度センサ７１の出力値を、生体情報算出部７８へ出力する。
【０１２４】
心拍数ＰＲ、直流成分ＤＣ、ずれ量Δｔおよび加速度センサ７１の出力値が入力された生体情報算出部７８は、まず、上述のように式（２）を用いて、ずれ量Δｔから脈波伝播速度ＰＷＶを算出する（ステップＳ１４）。次に、生体情報算出部７８は、上述の式（７）を用いて補正後の直流成分ＤＣ２を算出する（ステップＳ４２）。
【０１２５】
その後、生体情報算出部７８は、補正後の直流成分ＤＣ２、心拍数ＰＲおよび脈波伝播速度ＰＷＶから、上述の式（４）を用いて心拍出量ＣＯを算出する（ステップＳ１７）。生体情報算出部７８は、算出した心拍出量ＣＯを、表示部５０に表示させ、タイマーから取得した現在の時刻、および、前記作業領域に記憶しておいた状態（腕の向き）と対応付けて、生体情報記憶部７９に記憶させる（ステップＳ１８）。
【０１２６】
図１５には、生体情報記憶部７９に記憶している生体情報履歴テーブル７９００の構成および内容の例が示されている。生体情報履歴テーブル７９００は、日時７９０１、心拍出量７９０２、ＳｐＯ２（７９０３）、および、状態７９０４を有する。生体情報履歴テーブル７９００は、図１０に示す生体情報履歴テーブル３９００に、状態７９０４が付加されたものである。つまり、測定ごとに、状態７９０４として、ステップＳ４１で状態判定部７２によって判定された状態が設定される。日時７９０１、心拍出量７９０２、ＳｐＯ２（７９０３）は、それぞれ、生体情報履歴テーブル３９００の日時３９０１、心拍出量３９０２、および、ＳｐＯ２（３９０３）と同様である。
【０１２７】
なお、第２実施形態では、状態判定部７２によって状態が判定され、この判定された状態が何れの状態であっても生体情報が測定され、前記判定された状態と前記測定された生体情報とを互いに対応付けて生体情報記憶部７９に記憶されるが、状態判定部７２によって状態が判定され、この判定された状態が予め設定された特定の状態でのみ生体情報が測定されることとしてもよい。例えば、ステップＳ４１において判断された被験者の状態が「横向き」である場合にのみ生体情報が測定され、他の状態である場合には、生体情報を測定する前に、腕を横向きにするよう促すメッセージが表示される等である。より詳しくは、加速度センサ７１から出力されたｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の重力加速度それぞれが、状態判定条件テーブル７３００の状態７３０４として「横向き」が設定されているレコードの、Ｘベクトル７３０１として設定されている範囲、Ｙベクトル７３０２として設定されている範囲、Ｚベクトル７３０３として設定されている範囲である場合のみ、ステップＳ４１からステップＳ１１に進んで、脈波の測定が開始される。
【０１２８】
また、第２実施形態では、直流成分ＤＣが補正されているが、血管断面積ＡＲが補正されてもよく、あるいは、第１実施形態の第１変形例のように相対血圧ＢＰを求めて心拍出量ＣＯを算出する場合では相対血圧ＢＰが補正されてもよい。この場合、血管断面積ＡＲを補正するための関数（係数）や、相対血圧ＢＰを補正するための関数（係数）が、被検者の状態（生体情報測定装置１００の傾き）に応じて予め求められる。
【０１２９】
また、実施形態では、第１脈波検出部１０の第１発光部１１が赤外光ＩＲを放射し、第２脈波検出部２０の第２発光部２１が緑色光Ｇを放射するが、これに限定されるものではない。例えば、第１および第２発光部１１、２１それぞれは、赤色光Ｒ、赤外光ＩＲおよび緑色光Ｇのうちの何れかの光を放射するように構成されてよい。この場合、第１および第２発光部１１、２１それぞれは、互いに異なる色の光を放射するように構成されてよく、あるいは、互いに同じ色の光を放射するように構成されてよい。さらに、第１および第２発光部１１、２１それぞれが放射する光は、これらに限定されるものではなく、これら以外の色、例えば、白色の光であってもよく、要は、脈波信号が取得できる光であればよい。また、第１脈波検出部１０および第２脈波検出部２０は、反射型および透過型の何れでもよいが、手首で脈波信号を測定する場合、反射型が望ましく、反射型と透過型とでは、それぞれに適した波長の照射光を用いることが望ましい。なお、第１実施形態の第２変形例のように血中酸素飽和度ＳｐＯ２を求める場合、第１脈波検出部１０の第１発光部１１および第３発光部１３は、血中酸素飽和度ＳｐＯ２を求めることができる光、例えば、赤色光Ｒおよび赤外光ＩＲを放射する必要がある。
【０１３０】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【０１３１】
一態様にかかる生体情報測定装置は、生体における第１測定位置に第１の光を照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して第１脈波信号を取得する第１脈波信号取得部と、前記生体における前記第１測定位置と異なる位置である第２測定位置に第２の光を照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して第２脈波信号を取得する第２脈波信号取得部と、前記第１脈波信号における所定の位相となる第１時点と、前記第１脈波信号に対応する前記第２脈波信号における前記所定の位相となる第２時点との時間的なずれ量を算出する時間ずれ算出部と、前記第１脈波信号、および、前記第２脈波信号のうちのいずれか一方の直流成分を算出する直流成分算出部と、前記第１脈波信号、および、前記第２脈波信号のうちのいずれか一方に基づいて、前記生体の脈拍数を算出する脈拍数算出部と、前記ずれ量、前記直流成分、および、前記脈拍数に基づいて、前記生体の心拍出量を生体情報として算出する生体情報算出部とを備える。
【０１３２】
他の一態様にかかる信号測定方法は、生体における互いに異なる第１測定位置および第２測定位置から得られた第１脈波信号および第２脈波信号に基づいて、前記生体の生体情報を測定する生体情報測定装置で用いられる、生体情報測定方法であって、前記第１測定位置に第１の光を照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して前記第１脈波信号を取得する第１脈波信号取得ステップと、前記第２測定位置に第２の光を照射し、前記生体を透過または反射した光を受光して第２脈波信号を取得する第２脈波信号取得ステップと、前記第１脈波信号における所定の位相となる第１時点と、前記第１脈波信号に対応する前記第２脈波信号における前記所定の位相となる第２時点との時間的なずれ量を算出する時間ずれ算出ステップと、前記第１脈波信号、および、前記第２脈波信号のうちのいずれか一方の直流成分を算出する直流成分算出ステップと、前記第１脈波信号、および、前記第２脈波信号のうちのいずれか一方に基づいて、前記生体の脈拍数を算出する脈拍数算出ステップと、前記ずれ量、前記直流成分、および、前記脈拍数に基づいて、前記生体の心拍出量を生体情報として算出する生体情報算出ステップとを備える。
【０１３３】
このような生体情報測定装置および生体情報測定方法は、互いに異なる位置である第１測定位置と第２測定位置との２か所において測定した脈波信号から、心拍出量を算出できるので、通院することなく、在宅で、心拍出量を測定できる。前記生体情報測定装置および生体情報測定方法は、脈波を測定するだけであるので、常時、生体情報測定装置の脈波を検出するために用いられる器具を装着することで、心拍出量の変化をモニターできる。例えば、いわゆるパルスオキシメータ等に用いられる光電脈波を測定するために用いられるプローブ部は、通常、手の指先等に比較的簡単に装着可能であるので、脈波を検出するために用いられる器具として前記プローブ部等を用いることで、脈波信号の測定は、在宅で常時行うことが可能である。
【０１３４】
つまり、前記生体情報測定装置および生体情報測定方法は、疾病の診断における非客観的あるいは間接的指標、例えば、自覚症状（呼吸不全等）、血圧、脈拍等ではなく、心拍出量という疾病の診断における客観的で直接的な指標により、心臓機能を在宅で常時評価できるので、心不全の発生や、再発の兆候をとらえる可能性が高くなる。したがって、前記生体情報測定装置および生体情報測定方法は、治療（受診、治療薬の服用、手術など）を受けるタイミングが見逃されてしまうことを低減できる。前記生体情報測定装置および生体情報測定方法は、簡便に、心臓機能を評価できるので、適時、心臓機能を評価することで疾病の早期発見が可能となり、また、疾病の兆候を発見することで予防にもつながる。
【０１３５】
他の一態様では、上述の生体情報測定装置において、前記第１測定位置と前記第２測定位置とは、前記生体の心臓から脈波が伝搬する経路における前記心臓からの距離が互いに異なる位置であることが好ましい。
【０１３６】
このような生体情報測定装置では、脈波信号を測定する２か所は、心臓からの伝播距離が異なる２か所であればよいので、前記生体情報測定装置は、病状や身体の状態に応じて、適切な箇所で脈波信号を測定でき、心拍出量を測定できる。
【０１３７】
他の一態様では、上述の生体情報測定装置において、前記前記第１測定位置および前記第２測定位置は、前記生体の指先の位置、指の根本の位置、手の平における所定の位置、手の甲における所定の位置、および、手首の位置のうちのいずれか２つの位置であることが好ましい。
【０１３８】
このような生体情報測定装置では、脈波信号の測定は、指先、指の根本、手の平（掌）、手の甲、手首のいずれかで行われるので、前記生体情報測定装置は、脈波信号をより確実に測定できる。
【０１３９】
他の一態様では、上述の生体情報測定装置において、前記前記第１測定位置および前記第２測定位置は、前記生体の足の指先の位置、足の指の根本の位置、足の甲における所定の位置、足の裏における所定の位置、および、足首の位置のうちのいずれか２つの位置であることが好ましい。
【０１４０】
このような生体情報測定装置では、脈波信号の測定は、新生児のように手指が小さく測定が困難な場合に、足の指先、足の指の根本、足の甲、足の裏、足首のいずれかで行われるので、前記生体情報測定装置は、脈波信号をより確実に測定できる。
【０１４１】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、前記生体情報算出部が算出した心拍出量を記憶する心拍出量記憶部を、さらに備え、前記生体情報算出部は、前記心拍出量記憶部が記憶している心拍出量に基づいて、前記心拍出量の時間的な変化量を、前記生体情報としてさらに算出することが好ましい。
【０１４２】
このような生体情報測定装置では、心拍出量の変化量を生体情報として算出するので、前記生体情報測定装置は、心臓機能の時間的な変化を捕らえることが可能となる。つまり、前記生体情報測定装置は、心臓のポンプとしての能力の低下傾向を捕らえることができるので、症状の悪化を発見できる。
【０１４３】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、前記生体情報算出部は、前記時間ずれ算出部が算出した前記ずれ量と、前記第１測定位置と前記第２測定位置の間の距離とに基づいて、脈波伝搬速度を、前記生体情報としてさらに算出することが好ましい。
【０１４４】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、前記生体情報算出部は、前記直流成分算出部が算出した前記直流成分に基づいて、血管断面積、または、相対血圧を、前記生体情報としてさらに算出することが好ましい。
【０１４５】
このような生体情報測定装置は、心拍出量を除く他の生体情報として、脈波伝播速度や、血管断面積、相対血圧を算出できる。
【０１４６】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、前記第２脈波信号取得部は、緑色帯域に波長を持つ前記第２の光を前記生体に照射して、前記生体で反射した光を受光して第２脈波信号を取得することが好ましい。
【０１４７】
このような生体情報測定装置は、緑色帯域の波長を持つ光を用いて、生体で反射する光から脈波信号を取得できるので、光が透過しないような生体部分で、脈波信号を取得できる。
【０１４８】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、前記第１測定位置に、前記第１波長と異なる第３波長の光をさらに生体へ照射して、前記生体を透過または反射した光を受光して第３脈波信号を取得する第３脈波信号取得部を、さらに備え、前記生体情報算出部は、前記第１脈波信号と前記第３脈波信号とに基づいて、前記生体の酸素飽和濃度を、前記生体情報としてさらに算出することが好ましい。
【０１４９】
このような生体情報測定装置は、心拍出量とともに、血中酸素飽和度を算出できる。なお、第３脈波取得部と第１脈波取得部は、同一の筐体に含まれるように構成されてもよく、それぞれ別の筐体として構成されてもよい。
【０１５０】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、自装置の傾きを判定する傾き判定部を、さらに備え、前記生体情報算出部は、前記傾き判定部によって判定された傾きに応じて前記心拍出量を補正することが好ましい。
【０１５１】
このような生体情報測定装置は、生体情報測定装置の傾きに応じて、つまり、生体情報測定装置を装着した被験者の状態に応じて心拍出量を補正するので、被験者の状態にかかわらず、より正確な心拍出量を算出できる。
【０１５２】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、自装置の傾きを判定する傾き判定部を、さらに備え、前記生体情報算出部は、前記傾き判定部によって判定された傾きが、予め決められている範囲内である場合にのみ、前記生体情報を算出することが好ましい。
【０１５３】
このような生体情報測定装置では、生体情報測定装置が所定の傾きである場合にのみ、心拍出量が測定されるので、生体情報測定装置を装着した被験者の状態が常に同じ状態での心拍出量が測定される。被験者の状態とは、例えば、生体情報測定装置を手に装着している場合には、手を心臓より上に挙げている状態、心臓より下に下げている状態等である。つまり、被験者の状態によって測定位置の血管に流れる血液の量が変動するので、その変動がなるべく少なくなる状態で心拍出量が測定される。したがって、算出された心拍出量の時間的な変動の信頼性が増すことになる。
【０１５４】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、前記傾き判定部は、３軸加速度センサを備え、前記３軸センサから出力される３軸の重力加速度に基づいて、自装置の傾きを判定し、前記生体情報算出部は、前記傾き判定部によって判定された前記傾きと対応付けて、算出した前記生体情報を前記生体情報記憶部に記憶させることが好ましい。
【０１５５】
このような生体情報測定装置は、測定装置の傾き、つまり、測定時の被験者の状態と対応付けて生体情報を記憶するので、被験者の状態に応じた生体情報を、知ることできる。
【０１５６】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、生体情報を記憶する生体情報記憶部を、さらに備え、前記生体情報算出部は、算出した前記生体情報の一部、または、すべてを、前記記憶部に記憶させることが好ましい。
【０１５７】
このような生体情報測定装置は、測定した生体情報を記憶するので、過去の測定結果を参照して、被験者の症状の変化を観察できる。
【０１５８】
他の一態様では、これら上述の生体情報測定装置において、表示部を、さらに備え、前記生体情報算出部は、算出した前記生体情報の一部、または、すべてを、前記表示部に表示させることが好ましい。
【０１５９】
このような生体情報測定装置は、診断に必要な生体情報を選択して表示させることで、診断に寄与することができる。
【０１６０】
この出願は、２０１４年１０月３日に出願された日本国特許出願特願２０１３−２０８１９９を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【０１６１】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
本発明によれば、生体情報測定装置および生体情報測定方法を提供できる。
【図１】
2015049963.tif 000003
【図２】
2015049963.tif 000004
【図３】
2015049963.tif 000005
【図４】
2015049963.tif 000006
【図５】
2015049963.tif 000007
【図６】
2015049963.tif 000008
【図７】
2015049963.tif 000009
【図８】
2015049963.tif 000010
【図９】
2015049963.tif 000011
【図１０】
2015049963.tif 000012
【図１１】
2015049963.tif 000013
【図１２】
2015049963.tif 000014
【図１３】
2015049963.tif 000015
【図１４】
2015049963.tif 000016
【図１５】
2015049963.tif 000017
【国際調査報告】
2015049963.tif 000018
2015049963.tif 000019
2015049963.tif 000020
2015049963.tif 000021