(57)【要約】【課題】本発明は、血流量を直感的に把握することができる生体情報測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】生体情報測定装置１００は、生体９９に向けて出射光を出射する光源１１０と、光源１１０からの出射光によって生体９９で発生する散乱光を受光して光電流を出力する受光素子１２０と、受光素子１２０からドップラーシフト周波数帯にある光電流の強度の時間変動を抽出して血流信号を求め、散乱光量に依存しないように血流信号の大きさを規格化して音響信号に変換する駆動測定回路１３０と、駆動測定回路１３０からの音響信号を出力する１以上の音響出力手段１４０と、を備える。【選択図】図１
2008278993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に向けて出射光を出射する光源と、
前記光源からの前記出射光によって前記生体で発生する散乱光を受光して光電流を出力する受光素子と、
前記受光素子からドップラーシフト周波数帯にある前記光電流の強度の時間変動を抽出して血流信号を求め、前記散乱光量に依存しないように前記血流信号の大きさを規格化して音響信号に変換する駆動測定回路と、
前記駆動測定回路からの前記音響信号を出力する１以上の音響出力手段と、
を備える生体情報測定装置。
【請求項２】
前記駆動測定回路は、前記受光素子からの前記光電流を増幅する主増幅回路、前記主増幅回路からの前記光電流を交流成分と直流成分とに分割し、前記ドップラーシフト周波数帯にある前記光電流の強度の時間変動を抽出する周波数フィルタ、前記周波数フィルタからの前記交流成分を増幅する交流成分増幅回路、前記周波数フィルタからの前記直流成分を増幅する直流成分増幅回路、及び、前記交流成分増幅回路からの前記交流成分を前記直流成分増幅回路からの前記直流成分で除算して前記血流信号を求め、前記散乱光量に依存しないように前記血流信号の大きさを規格化して前記音響信号に変換するアナログ演算回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項３】
前記駆動測定回路は、前記受光素子からの前記光電流を増幅する主増幅回路、前記主増幅回路からの前記光電流をデジタル変換するアナログデジタル変換器、前記アナログデジタル変換器からの前記光電流に含まれる交流成分を直流成分で除算し、前記ドップラーシフト周波数帯にある前記光電流の強度の時間変動を抽出して前記血流信号を求め、前記散乱光量に依存しないように前記血流信号の大きさを規格化するデジタル演算回路、及び、前記デジタル演算回路からの前記血流信号を前記音響信号にアナログ変換するデジタルアナログ変換器を含むことを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項４】
前記駆動測定回路は、前記受光素子からの前記光電流を増幅する主増幅回路、前記主増幅回路からの前記光電流を交流成分と直流成分とに分割し、前記ドップラーシフト周波数帯にある前記光電流の強度の時間変動を抽出する周波数フィルタ、前記周波数フィルタからの前記交流成分を増幅する交流成分増幅回路、前記周波数フィルタからの前記直流成分を増幅する直流成分増幅回路、前記交流成分増幅回路からの前記交流成分をデジタル変換する交流成分アナログデジタル変換器、前記直流成分増幅回路からの前記直流成分をデジタル変換する直流成分アナログデジタル変換器、前記交流成分アナログデジタル変換器からの前記交流成分を前記直流成分アナログデジタル変換器からの前記直流成分で除算して前記血流信号を求め、前記散乱光量に依存しないように前記血流信号の大きさを規格化するデジタル演算回路、及び、前記デジタル演算回路からの前記血流信号を前記音響信号にアナログ変換するデジタルアナログ変換器を含むことを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項５】
前記音響出力手段は、スピーカー又はイヤホンであることを特徴とする請求項１から４のいずれか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、生体からの散乱光を利用して生体の血流を測定する生体情報測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化社会を迎え、成人病と関連の深い血液循環を測定できる血流計への関心が高まっている。特に、レーザ血流計は、超音波血流計に比較して格段に分解能が高く、超音波血流計では困難であった末梢組織の毛細血管の血流も非侵襲で測定できることから注目されている。従来のレーザ血流計としては、例えば、非特許文献１で開示される技術がある。
【非特許文献１】Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｉｓｓｕｅ  ｂｌｏｏｄ  ｆｌｏｗ  ｂｙ  ｌａｓｅｒ−Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＭＩＣＨＥＡＬＥ  Ｄ．ＳＴＥＲＮ  ＥＴ  ＡＬ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のレーザ血流計では、その結果を数値化して表示又はグラフによる時間変化で表示している。しかし。これらの表示方法では、血流の細かな情報は失われており、直感的な血流の状態の理解が困難であった。特に、２点で血流量測定を行う場合に複雑なデータ解析が必要となる問題があった。
【０００４】
本発明は、血流量を直感的に把握することができる生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、人間の耳及び脳の音響信号の処理能力が電子回路よりも優れている場合が多いことに着目し、血流信号を音響信号として出力することで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００６】
具体的には、本発明に係る生体情報測定装置は、生体に向けて出射光を出射する光源と、前記光源からの前記出射光によって前記生体で発生する散乱光を受光して光電流を出力する受光素子と、前記受光素子からドップラーシフト周波数帯にある前記光電流の強度の時間変動を抽出して血流信号を求め、前記散乱光量に依存しないように前記血流信号の大きさを規格化して音響信号に変換する駆動測定回路と、前記駆動測定回路からの前記音響信号を出力する１以上の音響出力手段と、を備える。
【０００７】
上記生体情報測定装置は、血流量を直感的に把握することができる。また、上記生体情報測定装置は、前記血流信号の大きさが規格化されているので、前記散乱光の強度変化の影響を受けずに、利用者に前記音響信号を把握させることができる。さらに、上記生体情報測定装置は、２以上の音響出力手段を備える場合、２点で血流量を効果的に測定することができる。
【０００８】
本発明に係る生体情報測定装置では、前記駆動測定回路は、前記受光素子からの前記光電流を増幅する主増幅回路、前記主増幅回路からの前記光電流を交流成分と直流成分とに分割し、前記ドップラーシフト周波数帯にある前記光電流の強度の時間変動を抽出する周波数フィルタ、前記周波数フィルタからの前記交流成分を増幅する交流成分増幅回路、前記周波数フィルタからの前記直流成分を増幅する直流成分増幅回路、及び、前記交流成分増幅回路からの前記交流成分を前記直流成分増幅回路からの前記直流成分で除算して前記血流信号を求め、前記散乱光量に依存しないように前記血流信号の大きさを規格化して前記音響信号に変換するアナログ演算回路を含むことが好ましい。
【０００９】
上記生体情報測定装置は、前記駆動測定回路によって前記血流信号を前記音響信号に変換することができる。
【００１０】
本発明に係る生体情報測定装置では、前記駆動測定回路は、前記受光素子からの前記光電流を増幅する主増幅回路、前記主増幅回路からの前記光電流をデジタル変換するアナログデジタル変換器、前記アナログデジタル変換器からの前記光電流に含まれる交流成分を直流成分で除算し、前記ドップラーシフト周波数帯にある前記光電流の強度の時間変動を抽出して前記血流信号を求め、前記散乱光量に依存しないように前記血流信号の大きさを規格化するデジタル演算回路、及び、前記デジタル演算回路からの前記血流信号を前記音響信号にアナログ変換するデジタルアナログ変換器を含むことが好ましい。
【００１１】
上記生体情報測定装置は、前記駆動測定回路によって前記血流信号を前記音響信号に変換することができる。
【００１２】
本発明に係る生体情報測定装置では、前記駆動測定回路は、前記受光素子からの前記光電流を増幅する主増幅回路、前記主増幅回路からの前記光電流を交流成分と直流成分とに分割し、前記ドップラーシフト周波数帯にある前記光電流の強度の時間変動を抽出する周波数フィルタ、前記周波数フィルタからの前記交流成分を増幅する交流成分増幅回路、前記周波数フィルタからの前記直流成分を増幅する直流成分増幅回路、前記交流成分増幅回路からの前記交流成分をデジタル変換する交流成分アナログデジタル変換器、前記直流成分増幅回路からの前記直流成分をデジタル変換する直流成分アナログデジタル変換器、前記交流成分アナログデジタル変換器からの前記交流成分を前記直流成分アナログデジタル変換器からの前記直流成分で除算して前記血流信号を求め、前記散乱光量に依存しないように前記血流信号の大きさを規格化するデジタル演算回路、及び、前記デジタル演算回路からの前記血流信号を前記音響信号にアナログ変換するデジタルアナログ変換器を含むことが好ましい。
【００１３】
上記生体情報測定装置は、前記駆動測定回路によって前記血流信号を前記音響信号に変換することができる。
【００１４】
本発明に係る生体情報測定装置では、前記音響出力手段は、スピーカー又はイヤホンであることが好ましい。
【００１５】
上記生体情報測定装置は、利用者に前記音響信号をより聞き易くさせることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、血流量を直感的に把握することができる生体情報測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。また、各実施形態に係る生体情報測定装置の構成を示す図において、電源、あるいは全体の動作を制御する制御部などの通常の技術により実現できる部分は図示していない。
【００１８】
図１に、本実施形態に係る生体情報測定装置の概略図を示した。本実施形態に係る生体情報測定装置１００は、生体９９に向けて出射光を出射する光源１１０と、光源１１０からの出射光によって生体９９で発生する散乱光を受光して光電流を出力する受光素子１２０と、受光素子１２０からドップラーシフト周波数帯にある光電流の強度の時間変動を抽出して血流信号を求め、散乱光量に依存しないように血流信号の大きさを規格化して音響信号に変換する駆動測定回路１３０と、駆動測定回路１３０からの音響信号を出力する１以上の音響出力手段１４０と、を備える。生体９９は、例えば、人又は動物である。光源１１０としては、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ光源がある。受光素子１２０としては、例えば、フォトダイオードがある。
【００１９】
本実施形態に係る生体情報測定装置１００では、音響出力手段１４０は、スピーカー又はイヤホンであることが好ましい。生体情報測定装置１００は、利用者に音響信号をより聞かせ易くすることができる。生体情報測定装置１００の詳細について、具体例を図示して以下説明する。
【００２０】
図２に、本実施形態に係る生体情報測定装置の第１形態を示した。なお、図２は、説明を容易にするため、生体情報測定装置１００を分解した状態で示した。図２の生体情報測定装置１００は、光源１１０、受光素子１２０、基板１５０、光導波路１６０及び遮光ブロック１７０を備える。基板１５０は、駆動測定回路（不図示）が実装され、光源１１０及び受光素子１２０を搭載する。また、音響出力手段（不図示）は、駆動測定回路（不図示）に接続される。光導波路１６０は、光源１１０が出射した出射光を発散光又は集束光にして生体（不図示）に向ける。遮光ブロック１７０は、光源１１０が出射した出射光を遮蔽し、受光素子１２０に直接入射しないようにする。図２の生体情報測定装置１００は、基板１５０に光源１１０及び受光素子１２０を搭載できることから、小型化を図ることができ、光ファイバの取り回しが不要であるため受光素子１２０の出力が乱れることがない。
【００２１】
図３に、本実施形態に係る生体情報測定装置の第２形態を示した。図３の生体情報測定装置１００は、センサ１１２、駆動測定回路１３０及び音響出力手段１４０を備える。センサ１１２は、センサチップ１１４及び増幅器１１６を有する。また、駆動測定回路１３０は、信号調整回路１３１、演算回路１３２、音響変換部１３３、ＬＤドライバ１３４、記録用信号出力端子１３５及び表示用信号出力端子１３６を有する。
【００２２】
センサチップ１１４は、半導体基板上に発光素子及び受光素子が集積化されたものであり（例えば、特許文献１を参照。）、光源及び受光素子としての機能を有する。増幅器１１６は、センサチップ１１４の受光素子が受光した生体からの散乱光を増幅する。図３の生体情報測定装置１００は、光源と受光素子をセンサ１１２として一体化でき、小型化及び省電力化を図り、生体に容易に装着できる形状とすることが可能である。
【特許文献１】特開２００２−３３０９３６号公報
【００２３】
ＬＤドライバ１３４は、センサ１１２を駆動し、センサ１１２に出射光を出射させる。信号調整回路１３１は、センサ１１２が受光した生体（不図示）からの散乱光量に依存しないように血流信号の大きさを規格化する。演算回路１３２は、センサ１１２からの光電流のドップラーシフト周波数及び強度を測定して血流信号を求め、その結果を音響変換部１３３、記録用信号出力端子１３５及び表示用信号出力端子１３６に出力する。ここで、演算回路１３２は、血流量、血液量、血流速度等の血流信号に関する量を算出しても良い。音響変換部１３３は、演算回路１３２からの信号を音響信号に変換する。また、音響変換部１３３で変換された音響信号は、音響出力手段１４０から出力される。
【００２４】
記録用信号出力端子１３５には、電磁的、磁気的または光学的な記録手段を接続し、血流量を記録しても良い（不図示）。また、表示用信号出力端子１３６には、ディスプレイ等の出力手段を接続し、血流量を表示しても良い（不図示）。
【００２５】
図２に示す生体情報測定装置１００は、センサ１１２のセンサヘッド（不図示）において、生体からの散乱光と生体内の毛細血管中を移動している赤血球（散乱粒子）からの散乱光（血流速度に応じてドップラーシフトΔｆを受けた散乱光）を検波、例えば、ヘテロダイン検波する。生体情報測定装置１００は、センサ１１２の増幅部１１６において、散乱光の干渉成分が増幅され、演算回路１３２が散乱光の干渉成分の周波数演算を行う。具体的には、センサ１１２のセンサヘッドからの、ドップラー信号を含む情報が散乱光量に依存しないように信号の規格化を行う。規格化された信号Ｘ（ｔ）は信号強度Ｉ（ｔ）を用いた数１で表される。なお、数１において、Ｉ（ｔ）はドップラー信号であり、＜Ｉ＞はＩ（ｔ）の時間平均値である。
【００２６】
【数１】
2008278993.tif 000003
【００２７】
このｘ（ｔ）のパワースペクトルＰ（ｆ）を求め、さらに、１次モーメントＭ１を求める。１次モーメントＭ１は、数２で表される。なお、数２において、ｆは血液の運動に起因するドップラーシフト周波数であり血流速度に比例する。また、１次モーメントＭ１は、パワースペクトルＰ（ｆ）と、ドップラーシフト周波数ｆとの積の総和であり、血流量に相当する。
【００２８】
【数２】
2008278993.tif 000004
【００２９】
次に、０次モーメントＭ０を求める。０次モーメントＭ０は、数３で表される。また、０次モーメントＭ０は、パワースペクトルＰ（ｆ）の総和であり血液量に相当する。
【００３０】
【数３】
2008278993.tif 000005
【００３１】
血流速度は、ドップラーシフト周波数ｆの平均値に相当し、かつ、血流量を血液量で除算した値であるため、Ｍ１をＭ０で除算した値に相当し、数４で表される。
【００３２】
【数４】
2008278993.tif 000006
【００３３】
駆動測定回路１３０は、上記の演算を行い、センサ１１２からの光電流のドップラーシフト周波数及び強度を測定して血流信号を求め、散乱光量に依存しないように血流信号の大きさを規格化して音響信号に変換する。また、音響出力手段１４０が駆動測定回路１３０からの音響信号を出力することから、生体情報測定装置１００は、レーザードップラーという高感度な光学的手法によって測定した毛細血管等の血流量、血流の強弱、脈動周期、その他の血流を阻害する情報を耳で聞くことを可能とする。これは、生体情報測定装置１００が聴診器として機能を有することになる。さらに、センサ１１２に小型であることから、生体情報測定装置１００は、従来の聴診器を当てることができない指先等の狭い部位の血流を音響信号として聞くことを可能とする。
【００３４】
図４は、音響信号を示すグラフであり、（ａ）は規格化された音響信号の強度と時間との関係であり、（ｂ）は規格化された音響信号の強度と周波数の関係である。図４に示すように、血流量の時間変動が音響信号に表れ、これを耳で聞くことができる。
【００３５】
図５に、本実施形態に係る生体情報測定装置の第３形態を示した。図５に示すように、生体情報測定装置１００では、２個以上の音響出力手段１４０を備えることが好ましく、２個以上のセンサ１１２を備えることがより好ましい。生体情報測定装置１００は、２個の音響出力手段１４０を備えることから両耳で音響信号を聞くことが可能となる。また、生体情報測定装置１００は、２個のセンサ１１２の一方を健常部位に装着し、他方を手術後の傷跡等に装着し、これらからの音響信号を比較することもできる。
【００３６】
図６に、駆動測定回路の第１形態の回路図を示した。図６の駆動測定回路２３０は、数１及び数２の演算をアナログ演算回路で行う例である。本実施形態に係る生体情報測定装置では、駆動測定回路２３０は、受光素子（不図示）からの光電流を増幅する主増幅回路２３１、主増幅回路２３１からの光電流を交流成分と直流成分とに分割し、ドップラーシフト周波数帯にある光電流の強度の時間変動を抽出する周波数フィルタ２３２、周波数フィルタ２３２からの交流成分を増幅する交流成分増幅回路２３３、周波数フィルタ２３２からの直流成分を増幅する直流成分増幅回路２３４、及び、交流成分増幅回路２３３からの交流成分を直流成分増幅回路２３４からの直流成分で除算して血流信号を求め、散乱光量に依存しないように血流信号の大きさを規格化して音響信号に変換するアナログ演算回路２３５を含むことが好ましい。アナログ演算回路２３５からの音響信号を整形し、音響出力手段（不図示）から出力することで、耳で音響信号を聞くことが可能となる。
【００３７】
図７に、駆動測定回路の第２形態の回路図を示した。図７の駆動測定回路３３０は、数１及び数２の演算をデジタル演算回路で行う例である。本実施形態に係る生体情報測定装置では、駆動測定回路３３０は、受光素子（不図示）からの光電流を増幅する主増幅回路３３１、主増幅回路３３１からの光電流をデジタル変換するアナログデジタル変換器３３２、アナログデジタル変換器３３２からの光電流に含まれる交流成分を直流成分で除算し、ドップラーシフト周波数帯にある光電流の強度の時間変動を抽出して血流信号を求め、散乱光量に依存しないように血流信号の大きさを規格化するデジタル演算回路３３３、及び、デジタル演算回路３３３からの血流信号を音響信号にアナログ変換するデジタルアナログ変換器３３４を含むことが好ましい。デジタルアナログ変換器３３４からの音響信号を整形し、音響出力手段（不図示）から出力することで、耳で音響信号を聞くことが可能となる。
【００３８】
図８に、駆動測定回路の第３形態の回路図を示した。図８の駆動測定回路４３０は、数１及び数２の演算をデジタル演算回路で行う例である。本実施形態に係る生体情報測定装置では、駆動測定回路は４３０、受光素子（不図示）からの光電流を増幅する主増幅回路４３１、主増幅回路４３１からの光電流を交流成分と直流成分とに分割する周波数フィルタ４３２、周波数フィルタ４３２からの交流成分を増幅する交流成分増幅回路４３３、周波数フィルタからの直流成分を増幅する直流成分増幅回路４３４、交流成分増幅回路４３３からの交流成分をデジタル変換する交流成分アナログデジタル変換器４３５、直流成分増幅回路４３４からの直流成分をデジタル変換する直流成分アナログデジタル変換器４３６、交流成分アナログデジタル変換器４３５からの交流成分を直流成分アナログデジタル変換器４３６からの直流成分で除算して血流信号を求め、散乱光量に依存しないように血流信号の大きさを規格化するデジタル演算回路４３７、及び、デジタル演算回路４３７からの血流信号を音響信号にアナログ変換するデジタルアナログ変換器４３８を含むことが好ましい。デジタルアナログ変換器４３８からの音響信号を整形し、音響出力手段（不図示）から出力することで、耳で音響信号を聞くことが可能となる。
【００３９】
図９に、駆動測定回路の第４形態の回路図を示した。図９の駆動測定回路２３０は、図６の駆動測定回路２３０にデジタル演算回路をさらに付加した例である。図６の駆動測定回路１３０と異なる点を説明する。交流成分増幅回路２３３とアナログ演算回路２３５の間に交流成分アナログデジタル変換器２３６への分岐を設ける。直流成分増幅回路２３４とアナログ演算回路２３５の間に直流成分アナログデジタル変換器２３７への分岐を設ける。デジタル演算回路２３８は、交流成分アナログデジタル変換器２３６からの交流成分と直流成分アナログデジタル変換器２３７からの直流成分から血流量を求める。また、デジタル演算回路２３８は、血流量を記録用信号出力端子（不図示）に信号を出力しても良い。
【００４０】
本実施形態に係る生体情報測定装置は、血流信号におけるドップラーシフト周波数の帯域に変更を施さずに音響信号としてスピーカーから出力する例である。ここで、本発明に係る生体情報測定装置は、血流信号の可聴域外に相当するドップラーシフト周波数成分を、デジタル演算回路を用いて人間の可聴域内（例えば、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）に変換して音響信号としてスピーカーから出力しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る生体情報測定装置は、レーザ血流計に利用することができ、特に、２点での血流量測定に適する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施形態に係る生体情報測定装置の概略図である。
【図２】本実施形態に係る生体情報測定装置の第１形態を示す図である。
【図３】本実施形態に係る生体情報測定装置の第２形態を示す図である。
【図４】音響信号を示すグラフであり、（ａ）は規格化された音響信号の強度と時間との関係であり、（ｂ）は規格化された音響信号の強度と周波数の関係である。
【図５】本実施形態に係る生体情報測定装置の第３形態を示す図である。
【図６】駆動測定回路の第１形態の回路図である。
【図７】駆動測定回路の第２形態の回路図である。
【図８】駆動測定回路の第３形態の回路図である。
【図９】駆動測定回路の第４形態の回路図である。
【符号の説明】
【００４３】
９９  生体
１００  生体情報測定装置
１１０  光源
１１２  センサ
１１４  センサチップ
１１６  増幅器
１２０  受光素子
１３０  駆動測定回路
１３１  信号調整回路
１３２  演算回路
１３３  音響変換部
１３４  ＬＤドライバ
１３５  記録用信号出力端子
１３６  表示用信号出力端子
１４０  音響出力手段
１５０  基板
１６０  光導波路
１７０  遮光ブロック
２３０  駆動測定回路
２３１  主増幅回路
２３２  周波数フィルタ
２３３  交流成分増幅回路
２３４  直流成分増幅回路
２３５  アナログ演算回路
３３０  駆動測定回路
３３１  主増幅回路
３３２  アナログデジタル変換器
３３３  デジタル演算回路
３３４  デジタルアナログ変換器
４３０  駆動測定回路
４３１  主増幅回路
４３２  周波数フィルタ
４３３  交流成分増幅回路
４３４  直流成分増幅回路
４３５  交流成分アナログデジタル変換器
４３６  直流成分アナログデジタル変換器
４３７  デジタル演算回路
４３８  デジタルアナログ変換器
【図１】
2008278993.tif 000007
【図２】
2008278993.tif 000008
【図３】
2008278993.tif 000009
【図４】
2008278993.tif 000010
【図５】
2008278993.tif 000011
【図６】
2008278993.tif 000012
【図７】
2008278993.tif 000013
【図８】
2008278993.tif 000014
【図９】
2008278993.tif 000015