(57)【要約】【課題】本発明は、体動を検出する体動検出装置および体動検出方法に関する。【解決手段】本発明にかかる体動検出装置１００は、所定の波長の測定光を発光し、前記測定光について測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定する測定部３０と、前記複数の光強度変化に基づいて体動の有無を判定する演算・制御部１６とを備えて構成される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の測定光を発光し、前記測定光について測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定する測定部と、
前記複数の光強度変化に基づいて体動の有無を判定する判定部とを備えること
を特徴とする体動検出装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記複数の光強度変化と各光強度変化との間の係数に基づく評価関数を最小または最大にする前記係数を求め、求めた前記係数の符号によって体動の有無を判別すること
を特徴とする請求項１に記載の体動検出装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記複数の光強度変化と各光強度変化との間の係数に基づく評価関数を最小または最大にする前記係数を求め、求めた前記係数に対応する前記評価関数の評価値を求め、係数と評価値とからなる座標空間を測定対象の運動状態に対応させて複数の領域に区分し、求めた前記係数および前記評価値が前記複数の領域のうちの何れに属するかによって前記測定対象の運動状態を判別すること
を特徴とする請求項１に記載の体動検出装置。
【請求項４】
前記測定部は、相異なる第１波長および第２波長の測定光をそれぞれ発光し、発光した各測定光について測定対象中を相異なる第１経路および第２経路で通過した後の各光強度変化をそれぞれ測定し、前記判定部は、第１経路における第１波長の測定光の光強度変化と第２波長の測定光の光強度変化との第１比および第２経路における第１波長の測定光の光強度変化と第２波長の測定光の光強度変化との第２比に基づいて体動の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の体動検出装置。
【請求項５】
所定の波長の測定光を発光する工程と、
前記測定光について測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定する工程と、
前記複数の光強度変化に基づいて体動の有無を判定する工程とを備えること
を特徴とする体動検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体動を検出する体動検出装置および体動検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体組織の酸素濃度を監視する意義が、臨床において極めて大きいことは周知の通りである。臨床における酸素ダイナミクス評価法は、例えば、生体内での酸素の働きという観点から大別すると、酸素化、酸素供給、酸素消費および酸素需給バランスのように分類される。酸素は、生命活動維持のために最も重要な物質であり、酸素の供給が絶たれると生体組織細胞は、重大な傷害を受けることから、上述の分類の中でも特に酸素化および酸素供給に関するパラメータが重要であると考えられている。そのため、酸素供給が不安定になり得る場合、例えば、麻酔中、術後、呼吸不全および循環不全などの患者を治療する場合には、特に酸素が適切に供給されているか否かをモニタすることが重要である。
【０００３】
生体組織への酸素供給は、動脈血によって行われる。そのため、生体組織への酸素供給が適切に行われているか否かを把握するために、脈拍数や血中酸素飽和度がモニタされる。
【０００４】
脈拍数や血中酸素飽和度を測定する装置として、従来、パルスオキシメータが知られている。このパルスオキシメータは、ランバート・ビア（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）が提唱した考え方に従い、動脈血の脈動により生ずる生体組織透過光量の変動成分を利用するもので、脈動分の減光度を異なる２波長の光で測定してその比から酸素飽和度を求める装置である。このパルスオキシメータは、非侵襲で簡便に測定ができるという特長があり、例えば、特公昭５３−２６４３７号公報に詳細に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パルスオキシメータは、動脈血の脈動により生ずる生体組織透過光の光量変化を利用して測定することから、生体が測定中に安静にしていればよいが、体の何れかの部位を動かす体動を生体が測定中に行うと、脈動による変動成分以外の変動成分が透過光量に生じてしまい、その結果、体動から生じる変動成分も測定値に含まれるという事情があった。特に、脈が弱い人や冷え性の人など抹消循環が良くない人などは、脈動の振幅が小さいために体動から生じる変動成分が相対的に大きくなってしまう。このため、測定値から体動による変動成分を減ずるため測定中に体動を検出する必要があった。しかしながら、従来は、測定中に体動を検出する手段がほとんど知られていなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、体動を検出する体動検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の事情からなされた発明であるから、脈拍数や血中酸素飽和度などの測定と合わせて体動も検出することができると便利である。そのため、脈拍数や血中酸素飽和度を演算する演算式を応用して、本発明は為された。なお、このような背景から為された発明であるが、もちろん、脈拍数や血中酸素飽和度などを測定すること無く、体動を検出する単独の装置としても成立し得る。
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる体動検出装置は、所定の波長の測定光を発光し、前記測定光について測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定する測定部と、前記複数の光強度変化に基づいて体動の有無を判定する判定部とを備えて構成される。
【０００９】
そして、上述の体動検出装置において、好ましくは、前記判定部は、前記複数の光強度変化と各光強度変化との間の係数に基づく評価関数を最小または最大にする前記係数を求め、求めた前記係数の符号によって体動の有無を判別するように構成する。
【００１０】
また、上述の体動検出装置において、体動の有無だけでなく測定対象の運動状態を細かく判別する観点から、好ましくは、前記判定部は、前記複数の光強度変化と各光強度変化との間の係数に基づく評価関数を最小または最大にする前記係数を求め、求めた前記係数に対応する前記評価関数の評価値を求め、係数と評価値とからなる座標空間を測定対象の運動状態に対応させて複数の領域に区分し、求めた前記係数および前記評価値が前記複数の領域のうちの何れに属するかによって前記測定対象の運動状態を判別するように構成する。
【００１１】
さらに、上述の体動検出装置において、前記測定部は、相異なる第１波長および第２波長の測定光をそれぞれ発光し、発光した各測定光について測定対象中を相異なる第１経路および第２経路で通過した後の各光強度変化をそれぞれ測定し、前記判定部は、第１経路における第１波長の測定光の光強度変化と第２波長の測定光の光強度変化との第１比および第２経路における第１波長の測定光の光強度変化と第２波長の測定光の光強度変化との第２比に基づいて体動の有無を判定するように構成する。
【００１２】
また、上述の課題を解決するために、本発明にかかる体動検出方法は、所定の波長の測定光を発光する工程と、前記測定光について測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定する工程と、前記複数の光強度変化に基づいて体動の有無を判定する工程とを備えて構成する。
【００１３】
測定対象の体動の有無や運動状態の検出は、後述するように、脈拍数や血中酸素飽和度を演算する演算式を応用した後述の諸式である。本発明にかかる体動検出装置および体動検出方法は、脈拍数や血中酸素飽和度などの測定と同様に、測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定するので、複数の光強度変化に基づいて後述の諸式により測定対象の体動の有無や運動状態を検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施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構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１５】
（実施形態の構成）
本発明にかかる体動検出装置は、所定の波長の測定光を発光し、測定光について測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定する測定部と、複数の光強度変化に基づいて体動の有無を判定する判定部とを備えて構成され、体動の有無を検出する検出装置である。
【００１６】
図１は、体動検出装置の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、体動検出装置１００は、第１発光部１１、第２発光部１２、受光部１３、増幅部１４、アナログ／ディジタル変換部（以下、「Ａ／Ｄ」と略記する。）１５、演算・制御部１６、入力部１７、表示部２０、駆動部１８、ディジタル／アナログ変換部（以下、「Ｄ／Ａ」と略記する。）１９、記憶部２１および外部インターフェース（以下、「外部Ｉ／Ｆ」と略記する。）２２を備える。そして、第１および第２発光部１１、１２と受光部１３とを備えて測定部３０が構成される。
【００１８】
ここで、周知の通り、酸素は、ヘモグロビンによって生体の各細胞に運ばれるが、ヘモグロビンは、肺で酸素と結合して酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）となり、生体の細胞で酸素が消費されるとヘモグロビン（Ｈｂ）に戻る。なお、酸素飽和度ＳｐＯ２は、血中の酸化ヘモグロビンの割合をいい、ヘモグロビン濃度をＣＨｂで示し、酸化ヘモグロビン濃度をＣＨｂＯ２で示すと式１のように定義される。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
ヘモグロビンの吸光度および酸化ヘモグロビンの吸光度は、波長依存性を有しており、各吸光係数α（λ）は、周知の図２に示すような分光特性を有する。なお、図２の横軸はｎｍ単位で示す光の波長でありその縦軸は×１０−９ｃｍ２／ｍｏｌｅ単位で示す吸光係数である。ヘモグロビンおよび酸化ヘモグロビンは、図２に示すようにその吸光特性が異なる。例えば、ヘモグロビンは、赤色領域の波長λ１の赤色光に対し酸化ヘモグロビンよりも光を多く吸収するが、赤外線領域の波長λ２の赤外光に対しては酸化ヘモグロビンよりも光の吸収が少ない。体動検出装置１００は、このようなヘモグロビンと酸化ヘモグロビンとの吸光特性の違いを利用して、体動を検出することから、第１および第２発光部１１、１２は、ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンとが吸収する波長であることが必要である。なお、パルスオキシメータもこのようなヘモグロビンと酸化ヘモグロビンとの吸光特性の違いを利用して、脈拍数や血中酸素飽和度を検出している。
【００２１】
体動の有無の判別は、後述の（第１の体動判別法）で説明するように１波長で判別する方法と（第２の体動判別法）で説明するように２波長で判別する方法とがある。何れの方法を採用するかによって第１および第２発光部１１、１２は、１波長を射出する光源か２波長を射出する光源かが選択されるが、１波長の光源は２波長の光源のうち何れかの波長で発光していると考えればよいので、ここでは２波長の光源について説明する。
【００２２】
第１および第２発光部１１、１２は、何れも赤色領域の波長λ１の光および赤外線領域の波長λ２の光を射出する光源であり、例えば、波長λ１の赤色光を発光する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と略記する。）と波長λ２の赤外光を発光するＬＥＤとを同一基板上に近接させて配置した光源である。受光部１３は、受光した光強度に応じた電流を生成する光電素子であり、少なくとも波長λ１および波長λ２に対して感度を持つ。例えば、シリコン・ホト・ダイオード（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ）が利用される。なお、第１および第２発光部１２が、１波長の光源である場合には少なくともその波長に感度があればよい。受光部１３は、受光した光を光強度に従い光電変換した電流信号を増幅部１４に出力する。
【００２３】
第１および第２発光部１１、１２と受光部１３とは、不図示の保持部材によって保持され、相互の位置は固定されている。第１および第２発光部１１、１２と受光部１３とは、受光部１３が、測定対象となる生体組織ＬＢを透過した第１発光部１１の両波長λ１、λ２の光を受光するように、かつ、この生体組織ＬＢ中で反射した第２発光部１２の両波長λ１、λ２の光を受光するように配置される。本実施形態では、第１発光部１１と受光部１３とは、生体組織ＬＢを介して略対向するように配置され、第２発光部１２と受光部１３とは、生体組織ＬＢに対して同一側に並べて配置される。第１および第２発光部１１、１２を上述のように構成し、かつ、第１および第２発光部１１、１２と受光部１３とをこのように配置することによって、体動検出装置１００は、同一波長の光が相異なる２つの経路を通過した後の光強度変化を測定することができる。ここで、測定部３０が装着される測定部位は、装着の容易性やＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ）の高い測定データが得られるなどの測定の容易性を考慮して、例えば、手指や耳朶などの生体部位や乳幼児の場合には手の甲、手首、足の甲などの生体部位である。もちろん、人間だけでなく人間以外の動物の生体部位でもよい。
【００２４】
増幅部１４は、受光部１３より出力された電流信号を電圧信号に変換し、変換した電圧信号を増幅する。この増幅された電圧信号は、Ａ／Ｄ１５に入力され、アナログ信号からディジタル信号に変換される。ディジタル信号に変換された電圧信号は、演算・制御部１６に入力される。
【００２５】
演算・制御部１６は、マイクロプロセッサなどを備えて構成され、記憶部２１に格納されているデータやプログラムに従い入力された電圧信号から後述する演算を行って体動の有無を判断する。そして、演算・制御部１６は、入力部１７より各種コマンドやデータを受信し、体動の有無、血中酸素飽和度および脈拍数などの各種データを表示部２０や外部Ｉ／Ｆ２２に出力する。さらに、演算・制御部１６は、Ｄ／Ａ１９および駆動部１８を介して第１および第２発光部１１、１２の発光を制御信号によって制御する。
【００２６】
入力部１７は、測定開始や測定結果表示などの各種コマンドやデータを入力する入力装置であり、例えば、押し釦スイッチやキーボードなどである。表示部２０は、入力部１７より入力されたコマンドやデータを表示したり、演算・制御部１６で処理されたデータ、例えば、体動の有無、酸素飽和度、脈拍数、脈波成分の振幅などを表示したりする表示装置であり、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）や有機ホトルミネセンス表示装置やＣＲＴなどである。外部Ｉ／Ｆ２２は、体動検出装置１００と外部機器との間でデータ交換を行うためのインターフェースであり、例えば、ＲＳ−２３２ＣやＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）などである。
【００２７】
記憶部２１は、プログラムやデータを格納する不揮発性のメモリと演算・制御部１６で演算処理されたデータを一時的に記憶するメモリとを備えて構成され、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　ｍｅｍｏｒｙ）などを備えて構成される。
【００２８】
演算・制御部１６から出力された制御信号は、Ｄ／Ａ１９でディジタル信号からアナログ信号に変換される。変換された制御信号は、駆動部１８に入力される。駆動部１８は、第１および第２発光部１１、１２に駆動電流を供給するドライバ回路であり、制御信号に従って所定の発光強度で所定のタイミングで第１および第２発光部１１、１２をそれぞれ発光させる。
【００２９】
（諸式の導出）
生体組織ＬＢに光を入射すると、生体組織によって光が吸収される。この生体における光の吸収は、図３に示すように、▲１▼動脈血層および静脈血層以外の組織による吸光成分、▲２▼静脈血層による吸光成分および▲３▼動脈血層による吸光成分より成る。なお、図３の横軸は時間でありその縦軸は吸光度である。このうち、動脈血層による光の吸収は、静止時（体動がない場合か、あっても測定値に反映されないほど微小な体動の場合）には脈拍により脈拍の周期合わせて変動する。ランバート・ビア（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）の考え方によれば、生体において、波長λの光の時間ｔにおける透過光量ｘｔ（λ、ｔ）は、式２のように表される。
【００３０】
【数２】
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【００３１】
ここで、ｘ０（λ）は波長λの光の生体への入射光量、αＨｂ（λ）はヘモグロビンの波長λの光における吸光係数、αＨｂＯ２（λ）は酸化ヘモグロビンの波長λの光における吸光係数、ＣａＨｂ（ｔ）は動脈血中のヘモグロビン濃度、ＣａＨｂＯ２（ｔ）は動脈血中の酸化ヘモグロビン濃度、ｓ（ｔ）は動脈血層の脈動による光路長の変動成分、そして、ｃｏｎｓｔ（λ）は静脈血層および動脈血層の光路長一定部分および血液以外の組織による影響である。
【００３２】
一方、測定中に体動が生じると動脈血および静脈血に変動が生じると考えられており、そのため透過光量に脈動以外の変動分が含まれることになる。よって、式２にこの脈動以外の変動分を考慮する必要がある。なお、静脈血中の酸素飽和度ＳｐＯ２は、動脈血中の酸素飽和度ＳｐＯ２に較べて低い値であるため、透過光に静脈血による変動分が加わると式２に基づいて算出された血中酸素飽和度ＳｐＯ２は概して低く求まる。
【００３３】
そこで、体動がある場合における透過光量は、式３のように表すことができる。ここで、ＣＶＨｂ（ｔ）は静脈血中のヘモグロビン濃度、ＣＶＨｂＯ２（ｔ）は静脈血中の酸化ヘモグロビン濃度、ｎａ（ｔ）は動脈血中の体動による光路長の変動成分、そして、ｎＶ（ｔ）は静脈血中の体動による光路長の変動成分である。
【００３４】
【数３】
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【００３５】
ｘｔ（λ、ｔ）の自然対数を取ったｌｏｇｅｘｔ（λ、ｔ）と、時間区分（ｔ−Ｔ０、ｔ＋Ｔ０）の時間平均を取った［ｌｏｇｅｘｔ（λ、ｔ）］との差をＸｔ（λ、ｔ）とおく。すなわち、Ｘｔ（λ、ｔ）＝ｌｏｇｅｘｔ（λ、ｔ）−［ｌｏｇｅｘｔ（λ、ｔ）］とおく。なお、本明細書においてＺの所定期間における時間平均を［Ｚ］またはＺにオーバーバーを付して表す。Ｔ０は、ヘモグロビン濃度および酸化ヘモグロビン濃度が時間区分（ｔ−Ｔ０、ｔ＋Ｔ０）で充分ゆっくり変化するように設定する。そして、動脈および静脈の体動による光路変動は同じであるとし、ｎａ（ｔ）＝ｎＶ（ｔ）＝ｎ（ｔ）とおく。このような場合において式３より、波長λの透過光測定値より、式４が求められる。
【００３６】
【数４】
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【００３７】
【数５】
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【００３８】
【数６】
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【００３９】
式４を見ると分かるように、Ｘｔ（λ、ｔ）は、脈動による変動成分と体動による変動成分とから成る。したがって、体動の有無を判別する１つの方法として、Ｂ（λ、ｔ）の値の有無を求めることが考えられる。なお、動脈および静脈の体動による光路変動は同じであるとしたが、動脈の体動による光路変動と静脈の体動による光路変動との間に比例関係がある場合には、一定値の係数がかかるだけで同様に考えることができる。
【００４０】
ここで、式４には、未知数がＡ（λ、ｔ）とＢ（λ、ｔ）と２個あるので、Ｂ（λ、ｔ）を求めるためには、式４とは独立の式が必要である。そこで、上式とは異なる経路による透過光量の式が必要である。その１つとして、本実施形態では、反射光量の式を用いる。透過光に対して、Ｘｔ（λ、ｔ）をＸｔ（λ、ｔ）＝ｌｏｇｅｘｔ（λ、ｔ）−［ｌｏｇｅｘｔ（λ、ｔ）］と表したように、反射光に対して、Ｘｒ（λ、ｔ）＝ｌｏｇｅｘｒ（λ、ｔ）−［ｌｏｇｅｘｒ（λ、ｔ）］と表す。このように表すことができるのは、図３に示す静止時の生体における光の吸収と同様に、体動がある場合でも生体における光の吸収は、一定値の固定部分（直流成分）と値が変動する脈動部分（交流成分）とから成ると考えられるからである。ここで、ｘｒ（λ、ｔ）は、波長λの光の時間ｔにおける反射光量である。そして、式４に対応するＸｒ（λ、ｔ）に関する計算式は、上述と同様に計算すると式７のようになる。
【００４１】
【数７】
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【００４２】
ここで、ｒ１（λ）は反射光の測定における脈動による光路長変化と、透過光の測定における脈動による光路長変化との比（ｒ１（λ）＞０）であり、ｒ２（λ）は反射光の測定における体動による光路長変化と、透過光の体動における脈動による光路長変化との比（ｒ２（λ）＞０）である。これらｒ１（λ）およびｒ２（λ）の値は、透過光の測定と反射光の測定との位置関係のみによって決まる値であり、位置関係が変わらなければ血中の酸素飽和度の変化によらず一定値である。なお、式７における負符号は、透過光の測定における体動成分と、反射光の測定における体動成分とは、実験によるとほぼ符号が逆の波形で観測されるためである。
【００４３】
以上より、ｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求めれば、透過光の測定値と反射光の測定値とを用いて式４および式７を解くことより、式８より脈波成分を、式９より体動成分を求めることができる。
【００４４】
【数８】
2004016279.tif 000010
【００４５】
【数９】
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【００４６】
なお、ｒ２（λ）を求めることができれば、式４より動脈血層の脈動による光路長の変動成分ｓ（ｔ）を求めることができるので、体動がある場合でも被験者の脈拍数を求めることができる。例えば、１分間におけるｓ（ｔ）のピークを計数することによって脈拍数を求めることができる。
【００４７】
（ｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求める方法）
一般に脈波成分と体動成分との間には相関関係がないと考えられるから、脈波成分と体動成分との積は充分長時間にわたって和をとると零になる。すなわち、式１０が成り立つ。式１０をｒ１（λ）について解くと式１１が導かれる。なお、体動の周期が脈拍の周期とほぼ一致すると脈波成分と体動成分との間に相関関係が有ることになるが、そのような場合は一般に極短期間であるから、充分長い時間を考えるとやはり脈波成分と体動成分との積の和は零と考えられる。
【００４８】
【数１０】
2004016279.tif 000012
【００４９】
【数１１】
2004016279.tif 000013
【００５０】
前述したようにｒ１（λ）およびｒ２（λ）は、位置関係によってのみ決まる値であるため、測定中に位置関係が変わらなければ、式１１に全測定データを用いることができる。複数の時間区間における複数の測定データを式１１に用いることによりｒ１（λ）およびｒ２（λ）の関係式が複数得られ、その中の独立した式を少なくとも２個選び、それを解くことによりｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求めることができる。
【００５１】
そこで、例えば、体動がある状態によって得た測定データを式１１に用いた関係式と、静止の状態によって得た測定データを式１１に用いた関係式とで、独立した２個の関係式を得る。
【００５２】
体動時における測定データに添え字ｍを付けその測定時間をｔｉと表現し、静止時における測定データに添え字ｓを付けその測定時間をτｉと表現すると、式１１は、式１２のようになる。式１２を展開し、ｒ２（λ）を求めると式１３になる。
【００５３】
【数１２】
2004016279.tif 000014
【００５４】
【数１３】
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【００５５】
【数１４】
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【００５６】
【数１５】
2004016279.tif 000017
【００５７】
【数１６】
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【００５８】
そして、式１３によって求めたｒ２（λ）を式１２に代入することにより、ｒ１（λ）を求めることができる。なお、式１３よりｒ１（λ）とｒ２（λ）の組は、図４に示すように２組求まるが、ｒ２（λ）＞０の条件と実験事実とから値の大きい方のｒ２（λ）を選択することによって１組を決定する。
【００５９】
ここで、式１４ないし式１６は、測定のたびにそれまでの全測定データを用いて計算する必要はなく、最新の測定データを乗算した結果をそれまでの演算結果に加算するだけでよい。もちろん、全測定データを用いて式１４ないし式１６を計算してもよい。
【００６０】
なお、ｂ２−４・ａ・ｃ＜０であれば式１２の２個の式は、従属であることを示し、他の測定データにより改めて２個の関係式を求めｒ１（λ）とｒ２（λ）を求める必要がある。ここで、演算記号・は、乗算の記号である。また、測定中に生体組織ＬＢが動くことなどによって生体組織ＬＢと第１発光部１１、１２および受光部１３との相対位置がずれることや電気回路にノイズが混入することなどによって、異常な測定データが測定されてしまうことがある。例えば、測定データが突然スパイク状に変化したり、Ａ／Ｄ１５のダイナミックレンジを超えて飽和したままになったりする。このような場合には、ｒ１（λ）とｒ２（λ）とが正確に求めることができないだけでなく、その影響が後々まで残ることになるので、そのような異常な測定データは、ｒ１（λ）とｒ２（λ）との計算から除外することが好ましい。
【００６１】
（ｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求める他の方法−その１）
ここで、ｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求める他の方法について説明する。この方法は、リアルタイムで係数ｒ１（λ）、ｒ２（λ）を求める方法である。ｒ１（λ）およびｒ２（λ）は、例えば、１秒ごとに求める。
【００６２】
最新のデータとして静止時の測定データが得られた場合、体動成分Ｂ（λ、ｔ）・ｎ（ｔ）＝０であるため、式４および式７よりｒ１（λ）は、Ｘｔ（λ、ｔ）とＸｒ（λ、ｔ）との比として求めることができる。最小二乗法を用いるとｒ１（λ）は、式１７のように表せる。その後、体動時の測定データが得られた場合には、式１０を変形した式１８に式１７より求めたｒ１（λ）を代入することによってｒ２（λ）を求めることができる。
【００６３】
【数１７】
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【００６４】
【数１８】
2004016279.tif 000020
【００６５】
ここで、図５に基づいて、ｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求める場合の動作について説明する。体動検出装置１００の演算・制御部１６は、電源スイッチが投入されたり、測定開始のコマンドが入力されたりすると、記憶部２１に格納されているプログラムを実行し、Ａ／Ｄ１５、Ｄ／Ａ１９および駆動部１８などの体動検出装置１００の各部を初期化する（Ｓ１１）。
【００６６】
次に、演算・制御部１６は、駆動部１８に第１発光部１１および第２発光１２を発光させる制御信号を出力して第１および第２発光部１１、１２を発光させ、受光部１３の電気信号からｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）を測定し、記憶部２１に測定結果を格納する。このｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）の測定は、所定のサンプリング間隔で繰り返し行われる（Ｓ１２）。
【００６７】
次に、演算・制御部１６は、所定の期間、例えば１秒間にわたってｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）の測定を行うと、生体組織ＬＢに体動があるか否かを判断する（Ｓ１３）。具体的には後述する。
【００６８】
判断の結果、体動が無い場合（静止時）には演算・制御部はｒ１（λ）を算出し（Ｓ１４）、体動が有る場合（体動時）には演算・制御部はｒ２（λ）を算出する（Ｓ１５）。
【００６９】
（ｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求める他の方法−その２）
また、ｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求める他の方法について説明する。上述の２つの方法では、測定した全ての測定データを加算するので過去の測定データの影響がいつまでも残ってしまう。したがって、患者の測定部位が変わるなどによってｒ１（λ）、ｒ２（λ）が変化した場合に追従できない場合が生じ得る。また、測定データを加算していくにつれ総和値が大きくなると桁落ちにより最新のデータを加算しても計算結果に反映しなくなる虞もあり得る。そこで、この方法は、過去の測定データほど重み付け値が小さくなる係数を測定データに乗算することによって、測定データの加算結果に対し過去の測定データの影響を少なくする方法である。このような重み付け係数を測定データに乗算することによって総和値が大きくなり過ぎることも防ぐことができる。重み付け係数として忘却係数ηを式１０に用いた式は、式１９のようになる。
【００７０】
【数１９】
2004016279.tif 000021
【００７１】
この式１９を見ると分かるように、それ以前の加算結果に忘却係数ηを乗算し、この乗算結果を最新の測定データに加算すればよい。忘却係数ηは、実験などにより決定されるが、被験者の生理的状態と測定結果とを比較した実験によれば１＞η≧０．９の範囲が好ましく、一実験結果では０．９５が最適であった。また、忘却係数ηは、影響の大きさの違いから、静止時の測定データに乗算する場合と体動時の測定データに乗算する場合とで異なる値としてもよい。
【００７２】
あるいは、演算をより簡易にする観点から、１秒間の測定データごとでまとめて忘却係数ηを乗算するようにしてもよい。この場合において、１秒間の測定データの点数を△Ｍ点とすると、式１０は、式２０のように表される。
【００７３】
【数２０】
2004016279.tif 000022
【００７４】
この式２０を見ると分かるように、それ以前の演算結果に忘却係数ηを乗算し、この乗算結果に最新の１秒間における測定データの積和を加算すればよい。したがって、このような方法では、記憶部２１は、全ての測定データを記憶しておく必要はなく、式２０の第２項以下の結果のみを記憶することで足りる。
【００７５】
もちろん、記憶部２１の容量が充分大きい場合には、過去の一定時間、例えば２０秒間や３０秒間や４０秒間などにおける各測定データを全て記憶部２１に格納し、これら各測定データにそれぞれ対応する重み付け係数ηＭ−ｉを乗算し、乗算結果を加算するようにしてもよい。
【００７６】
（第１の体動判別法）
体動判別式は、次のように考えることができる。上述のようにして求める体動成分Ｂ（λ、ｔ）の振幅によって体動の有無を判別する場合や脈波成分Ａ（λ、ｔ）と体動成分Ｂ（λ、ｔ）との振幅を比較することによって体動の有無を判別する場合では、ｒ１（λ）およびｒ２（λ）がひとたび異常値に設定されてしまうと、体動判別が困難となる。また、測定開始時では、ｒ１（λ）のデフォルト値およびｒ２（λ）のデフォルト値によって体動判別が困難となる。したがって、体動判別は、上述のｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求めるアルゴリズムとは独立のアルゴリズムによって行う必要がある。
【００７７】
そこで、式２１によって定義される評価関数Ｅ（ｒ）を用いて体動を判別する。体動判別は、例えば１秒間に測定されるデータごとに毎回行う。
【００７８】
【数２１】
2004016279.tif 000023
【００７９】
図６は、透過光および反射光の測定波形の一例を示す図であり、図６（ａ）は、透過光の測定波形の一例を示し、図６（ｂ）は、反射光の測定波形の一例を示す図である。
【００８０】
静止状態であれば、図６（ａ）と図６（ｂ）とを対比すると分かるように、透過光の測定波形と反射光の測定波形は、振幅の大きさが異なるだけで略同一形状となる。このため、透過光の測定波形の振幅と反射光の測定波形の振幅との比ｒを反射光の測定データに乗算しこの乗算結果を透過光の測定データから減算した値は、静止状態では零となり、体動状態ではその体動による変動成分の大きさに従う値となる。よって、体動を判別する評価関数Ｅ（ｒ）として式２１が導かれる。なお、評価関数Ｅ（ｒ）は、式２１に限定されるものではなく他の関数でもよい。例えば、式２１のように２乗ではなく４乗や６乗などでもよい。また、図６に示す透過光の測定波形と反射光の測定波形とから脈波成分波形（図７（ａ））と体動成分波形（図７（ｂ））とに分離すると図７に示す波形となる。
【００８１】
評価関数Ｅ（ｒ）は、横軸ｒで縦軸Ｅ（ｒ）の座標系を考えると式２１より必ず（０、１）を通る下に凸の２次関数となる。評価関数Ｅ（ｒ）を図８に示す。静止状態ではｒが正の値で評価関数Ｅ（ｒ）は最小値をとる（図８（ａ））。そして、上述したように実験事実として体動による波形が透過光と反射光とでたいてい逆符号となるので、体動が大きい場合ではｒが負の値で評価関数Ｅ（ｒ）は最小値をとる（図８（ｃ））。したがって、評価関数Ｅ（ｒ）を最小値とするｒ＝ｒ＊を求め、その正負を判断することによって体動を判別することができる。なお、図８（ｂ）は、これらの中間の状態の場合である。
【００８２】
ｒ＊を求めるためには、評価関数Ｅ（ｒ）をｒについて偏微分し、偏微分結果が零となるｒを求めればよいから、式２１より式２２のように求まる。
【００８３】
【数２２】
2004016279.tif 000024
【００８４】
よって、演算・制御部１６は、式２２よりｒ＊を求め、ｒ＊≧０の場合には静止状態であると判断し、ｒ＊＜０の場合には体動状態であると判断する。
【００８５】
なお、上述の場合では式２１の評価関数Ｅ（ｒ）を最小にするｒ＊を求めて体動の有無を判断したが、式２１’の評価関数Ｅ（ｒ）を用いて、これを最大にするｒ＊を求めて体動の有無を判断するようにしてもよい。
【００８６】
【数２３】
2004016279.tif 000025
【００８７】
（体動検出装置の動作−その１）
上述の第１の体動判別法を用いた体動検出装置の動作について説明する。
【００８８】
図９は、第１の体動判別法による体動判別法による体動検出装置の動作を示すフローチャートである。
【００８９】
図９において、体動検出装置１００の演算・制御部１６は、電源スイッチが投入されたり、測定開始のコマンドが入力されたりすると、記憶部２１に格納されているプログラムを実行し、Ａ／Ｄ１５、Ｄ／Ａ１９および駆動部１８などの体動検出装置１００の各部を初期化する（Ｓ２１）。
【００９０】
次に、演算・制御部１６は、所定のサンプリング間隔で繰り返しｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）を測定する（Ｓ２２）。すなわち、式２１および式２２による体動判別は、異なる２以上の経路における１波長の光の透過光量を測定すればよいから、演算・制御部１６は、制御信号を駆動部１８に出力してパルス状に各発光部１１、１２を順番に発光させる。例えば、第１発光部１１を発光させ、第２発光部１２を発光させる。発光した各光は、生体組織ＬＢを透過または反射して受光部１３で受光され、受光された光強度に応じた電気信号は、増幅部１４およびＡ／Ｄ１５を介して演算・制御部１６に入力される。演算・制御部１６は、この電気信号が入力されることによってｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）を測定し、記憶部２１に測定結果を格納する。
【００９１】
次に、演算・制御部１６は、所定の期間、例えば１秒間にわたってｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）の測定を行うと、生体組織ＬＢに体動があるか否かを判断する。
【００９２】
すなわち、まず、演算・制御部１６は、式２２によってｒ＊を算出する（Ｓ２３）。次に、演算・制御部１６は、ｒ＊≧０であるか否かを判断する。演算・制御部１６は、ｒ＊が０以上である場合には静止状態であると判断し、ｒ＊が負である場合には体動状態であると判断する（Ｓ２４）。
【００９３】
次に、演算・制御部１６は、体動の有無を表示部２０に表示する（Ｓ２５）。
【００９４】
体動検出装置１００は、このようにして異なる経路の透過光量ｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）を測定することにより、式２２を用いてｒ＊の符号から体動の有無を判別することができる。
【００９５】
また、上述において、測定対象の運動状態をより細かく検出する観点から中間状態を考慮して、被験者の状態を静止状態、中間状態および体動状態の何れかに分類してもよい。中間状態は、低脈波で脈波レベルが小さく脈波波形がノイズに埋もれている場合や脈波波形と体動波形とが同レベルの場合などに測定データがこの状態となる。この場合には、演算・制御部１６は、式２２よりｒ＊を求め、図９のＳ２４において、ｒ＊≧０であってＥ（ｒ＊）＜Ｅｔｈ１の場合には静止状態であると判断し、ｒ＊＜０であってＥ（ｒ＊）＜Ｅｔｈ２の場合には体動状態であると判断し、ｒ＊≧０であって１≧Ｅ（ｒ＊）≧Ｅｔｈ１の場合またはｒ＊＜０であって１≧Ｅ（ｒ＊）≧Ｅｔｈ２の場合には中間状態であると判断するようにする。各状態を弁別する閾値Ｅｔｈ１、Ｅｔｈ２は、複数の被験者に対して実験を行い最適値を設定する。ここで、ｒ＊、Ｅ（ｒ＊）および各閾値Ｅｔｈ１、Ｅｔｈ２と各状態との関係を図１０に示し、図１０（ａ）は静止状態の場合、図１０（ｂ）は中間状態の場合、そして、図１０（ｃ）は体動状態の場合である。
【００９６】
図９のＳ２４およびＳ２５において、演算・制御部１６が表示部２０に図１０に示すグラフを描画させ、算出した最小値ｒ＊とｒ＊から求まるＥ（ｒ＊）との点（ｒ＊、Ｅ（ｒ＊））をプロットするようにしてもよい。グラフは、ｒ＊を横軸に評価関数Ｅ（ｒ＊）を縦軸にした座標系であって、この座標系による座標空間をＥ（ｒ＊）＝規格値１、Ｅ（ｒ＊）＝閾値Ｅｔｈ１、Ｅ（ｒ＊）＝閾値Ｅｔｈ２およびｒ＊＝０で測定対象（生体組織ＬＢ）の運動状態に応じて複数の領域に分割したものである。複数の領域は、上述の場合では体動状態、中間状態および静止状態の各領域となる。このようにグラフを作成し、測定値より算出した値をプロットすることによって演算・制御部１６は、プロットした点が何れの領域に属するかによって測定対象の運動状態を決定することができるだけでなく、視覚化することによって測定者は、測定対象が容易に何れの運動状態にあるか判断することができる。
【００９７】
なお、上述では、中間状態を考慮して運動状態を静止状態、中間状態および体動状態の３状態に分けたが更に多数の状態に細分化することも可能である。
【００９８】
（第２の体動判別法）
上述では、体動判別を評価関数Ｅ（ｒ）によって行ったが、さらに次の方法によって体動を判別することもできる。体動時において、互いに波長の異なる２波長λ１、λ２の透過光より計算されるＸｔ（λ１、ｔ）、Ｘｔ（λ２、ｔ）の時間差分Ｘｔ（λ１、ｔ＋△ｔ）−Ｘｔ（λ１、ｔ）、Ｘｔ（λ２、ｔ＋△ｔ）−Ｘｔ（λ２、ｔ）の比ｐｔ（ｔ）は、式２３のように表される。一方、静止時において、２波長λ１、λ２の反射光より計算されるＸｒ（λ１、ｔ）、Ｘｒ（λ２、ｔ）の時間差分Ｘｒ（λ１、ｔ＋△ｔ）−Ｘｒ（λ１、ｔ）、Ｘｒ（λ２、ｔ＋△ｔ）−Ｘｒ（λ２、ｔ）の比ｐｒ（ｔ）は、式２４のように表される。
【００９９】
【数２４】
2004016279.tif 000026
【０１００】
【数２５】
2004016279.tif 000027
【０１０１】
体動時には、これらｐｔ（ｔ）とｐｒ（ｔ）とは、異なる値となる。そこで、測定の誤差などを考慮して、演算・制御部１６は、ｐｔ（ｔ）とｐｒ（ｔ）と差の絶対値が所定の閾値Ｔｈ２以上である場合には体動状態であると判断し、ｐｔ（ｔ）とｐｒ（ｔ）と差の絶対値が所定の閾値Ｔｈ２未満である場合には静止状態であると判断する。閾値Ｔｈ２は、複数の被験者を実測することによって実験により決定する。
【０１０２】
あるいは、測定対象の運動状態をより細かく検出する観点から、ｐｔ（ｔ）とｐｒ（ｔ）とで座標系を構成し、この座標系による座標空間を測定対象の運動状態に応じて複数の領域に分割し、測定した点（ｐｔ（ｔ）、ｐｒ（ｔ））が何れの領域に属するかによって、測定対象の運動状態を判別するようにしてもよい。
【０１０３】
（体動検出装置の動作−その２）
上述の第２の体動判別法を用いた体動検出装置の動作について説明する。
図１１は、第２の体動判別法による体動検出装置の動作を示すフローチャートである。
【０１０４】
図１１において、体動検出装置１００の演算・制御部１６は、プログラムが実行を開始すると、Ａ／Ｄ１５、Ｄ／Ａ１９および駆動部１８などの血中酸素飽和度等測定装置１００の各部を初期化する（Ｓ３１）。
【０１０５】
次に、演算・制御部１６は、駆動部１８に第１発光部１１および第２発光１２を発光させる制御信号を出力し、第１および第２発光部１１、１２を発光させる。第２の体動判別法では、異なる２以上の経路における２波長の光の透過光量をそれぞれ測定する必要があるから、この発光は、各発光部１１、１２および各波長λ１、λ２に対して順番にパルス状に行う。例えば、第１発光部１１に波長λ１の光を発光させ、第１発光部１１に波長λ２の光を発光させ、第２発光部１２に波長λ１の光を発光させ、そして、第２発光部１２に波長λ２の光を発光させる。また例えば、第１発光部１１に波長λ１の光を発光させ、第２発光部１２に波長λ１の光を発光させ、第１発光部１１に波長λ２の光を発光させ、そして、第２発光部１２に波長λ２の光を発光させる。発光した各光は、生体組織ＬＢを透過または反射して受光部１３で受光され、受光された光強度に応じた電気信号は、増幅部１４およびＡ／Ｄ１５を介して演算・制御部１６に入力される。演算・制御部１６は、この電気信号が入力されることによってｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）を測定し、記憶部２１に測定結果を格納する。このｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）の測定は、所定のサンプリング間隔で繰り返し行われる（Ｓ３２、Ｓ３３）。
【０１０６】
次に、演算・制御部１６は、所定の期間、例えば１秒間にわたってｘｔ（λ、ｔ）およびｘｒ（λ、ｔ）の測定を行うと、生体組織ＬＢに体動があるか否かを判断する。
【０１０７】
すなわち、まず、演算・制御部１６は、式２３によってｐｔ（ｔ）を算出し、式２４によってｐｒ（ｔ）を算出する。次に、演算・制御部１６は、ｐｔ（ｔ）とｐｒ（ｔ）との差の絶対値が閾値Ｔｈ２以上であるか否かを判断する。演算・制御部１６は、ｐｔ（ｔ）とｐｒ（ｔ）との差の絶対値が閾値Ｔｈ２以上である場合には体動状態であると判断し、ｐｔ（ｔ）とｐｒ（ｔ）との差の絶対値が閾値Ｔｈ２より小さい場合には静止状態であると判断する（Ｓ３５）。
【０１０８】
次に、演算・制御部１６は、体動の有無を表示部２０に表示する（Ｓ３６）。
【０１０９】
体動検出装置１００は、このようにして異なる経路の２波長の透過光量ｘｔ（λ１、ｔ）、ｘｔ（λ２、ｔ）、ｘｒ（λ１、ｔ）およびｘｒ（λ２、ｔ）を測定することにより、式２３および式２４を用いてｐｔ（ｔ）およびｐｒ（ｔ）をそれぞれ計算することによってこれらの値を閾値Ｔｈ２で比較するによって体動の有無を判別することができる。
【０１１０】
ここで、上述において、ｐｔ（ｔ）やｐｒ（ｔ）の値のバラツキ（標準偏差）の大きさによって体動の有無を判別することも可能である。この場合において、バラツキの大きさが所定の閾値以上の場合には体動が有ると判断され、所定の閾値未満の場合には体動が無いと判断される。
【０１１１】
（酸素飽和度ＳｐＯ２の算出）
また、上述のように独立に体動判別をすることができるので、図５より適切にｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求めることができるから、これらを用いて体動が有る場合でも酸素飽和度ＳｐＯ２を求めることができる。以下、この算出方法について説明する。なお、本実施形態にかかる体動検出装置１００は、以下に説明する計算方法に基づくプログラムを組み込むだけで、血中の酸素飽和度ＳｐＯ２や脈拍数も測定し得る。
【０１１２】
まず、上述した式８を用いて２波長λ１、λ２の脈波成分を求め、求めた両式の時間差分値同士を割り算することによって、ｐ（ｔ）に関する式が式２５のように導くことができる。
【０１１３】
【数２６】
2004016279.tif 000028
【０１１４】
また、一般にｐ（ｔ）と酸素飽和度ＳｐＯ２の間には式２６が成立し、さらに、式２３および式２４よりそれぞれ式２７および式２８が導かれる。
【０１１５】
【数２７】
2004016279.tif 000029
【０１１６】
【数２８】
2004016279.tif 000030
【０１１７】
【数２９】
2004016279.tif 000031
【０１１８】
ここで、体動が有る場合には、式８の導出から分かるように、式２５で得られるｐ（ｔ）の値を式２６に代入することにより理論的には正しい酸素飽和度ＳｐＯ２の値が求まるはずであるが、ノイズなどの影響により正確に求まらない場合がある。
【０１１９】
そこで、式２５のｐ（ｔ）の値を式２６に代入することにより求まる酸素飽和度ＳｐＯ２の値と、式２７のｐｔ（ｔ）の値を式２６に代入することにより求まる酸素飽和度ＳｐＯ２の値と、式２８のｐｒ（ｔ）の値を式２６に代入することにより求まる酸素飽和度ＳｐＯ２の値と、をそれぞれ比較し、もっともらしい酸素飽和度ＳｐＯ２の値を選択する。すなわち、ｐ（ｔ）、ｐｔ（ｔ）、ｐｒ（ｔ）の値のバラツキが少なくて、かつ、それらの値より求まる酸素飽和度ＳｐＯ２の値が最も高い値を取る酸素飽和度ＳｐＯ２の値を選択するようにしてもよい。このようにして酸素飽和度ＳｐＯ２の値を求めることができる。
【０１２０】
なお、上述の実施形態では、透過光量および反射光量を測定するために、第１および第２発光部１１、１２と受光部１３とを図１に示すように配置したが、これに限定されるものではない。例えば、発光部５３と第１および第２受光部５１、５２とを図１２に示すように配置することによって、透過光量および反射光量を測定してもよい。
【０１２１】
すなわち、図１２において、第１および第２受光部５１、５２は、受光した光強度に応じた電流を生成する光電素子であり、少なくとも波長λ１および波長λ２に対して感度を持つ。発光部５３は、赤色領域の波長λ１の光および赤外線領域の波長λ２の光を射出する光源である。なお、前述したように体動判別方法によって発光部５３は、１波長の光源でもよく、これに合わせて第１および第２受光部５１、５２も少なくともその１波長に感度を持てばよい。以下、同様の趣旨で、発光部と受光部は、発光部が２波長の場合について説明している。
【０１２２】
第１および第２受光部５１、５２と発光部５３とは、不図示の保持部材によって保持され、相互の位置は固定されている。第１および第２受光部５１、５２と発光部５３とは、第１受光部５１が測定対象となる生体組織ＬＢを透過した発光部５３の光を受光するように配置され、そして、第２受光部５２がこの生体組織ＬＢ中で反射した発光部５３の光を受光するように配置される。つまり、第１受光部５１と発光部５３とは生体組織ＬＢを介して略対向するように配置され、第２受光部５２と発光部５３とは、生体組織ＬＢに対して同一側に配置される。
【０１２３】
また、生体組織を手指とした場合に、図１では、透過光の経路を光が爪から入射して手指中を透過し手指の腹から射出する経路とし、反射光の経路を光が手指の腹から入射して手指中で反射し手指の腹から射出する経路としたが、図１３（ａ）に示すように、透過光の経路を光が手指の腹から入射して手指中を透過し爪から射出する経路とし、反射光の経路を光が手指の爪側部分から入射して手指中で反射し爪から射出する経路としても測定可能である。
【０１２４】
さらに、生体組織を手指とした場合に、図１２では、透過光の経路を光が手指の腹から入射して手指中を透過し爪から射出する経路とし、反射光の経路を光が手指の腹から入射して手指中で反射し腹から射出する経路としたが、図１３（ｂ）に示すように、透過光の経路を光が爪から入射して手指中を透過し手指の腹から射出する経路とし、反射光の経路を光が爪から入射して手指中で反射し手指の爪側部分から射出する経路としても測定可能である。
【０１２５】
また、上述の実施形態では、発光部と受光部とを備えて構成される測定部であるプローブを手指に装着する際に、発光部、受光部および手指の位置関係が設計に従い必ず上述の説明のようになると考えたが、実際には必ずしもそのように装着されるとは限らない。つまり、手指に対して発光部と受光部とが設計とは逆に装着されることが予想される。そのため、設計通りに装着されることが望ましく、逆に装着されると測定が難しくなることが予想される。そこで、どのようにプローブが手指に装着されたとしても、反射光の経路を光が手指の腹から入射して手指中で反射し腹から射出する経路となるようにしたプローブについて説明する。
【０１２６】
図１４は、測定対象の装着方向によらずに適切に光路が設定される測定部における発光部と受光部との配置を示す図である。図１４（ａ）は、設計通りに測定対象が装着された場合を示し、図１４（ｂ）（ｃ）は、設計とは逆に測定対象が装着された場合を示す。
【０１２７】
図１４（ａ）において、測定部は、第１および第２発光部６１、６３と第１および第２受光部６２、６４とを備えて構成される。第１および第２発光部６１、６３は、赤色領域の波長λ１の光および赤外線領域の波長λ２の光を射出する光源である。第１および第２受光部６２、６４は、受光した光強度に応じた電流を生成する光電素子であり、少なくとも波長λ１および波長λ２に対して感度を持つ。第１発光部６１と第１受光部６２とは測定対象である手指を介して略対向するように配置され、第２発光部６３と第２受光部６４とは手指を介して略対向するように配置される。そして、第１発光部６１と第２受光部６４とは手指に対して同一側に配置され、第２発光部６３と第２受光部６２とは手指に対して同一側に配置される。
【０１２８】
このような配置において、設計通りに手指が第１発光部６１と第２受光部６４とが配置される側に爪を向け且つ第２発光部６２と第１受光部６３とが配置される側に腹を向けて装着された場合には、透過光の測定は、爪から入射し手指中を透過して腹から射出する第１発光部６１の光を第１受光部６２が受光することによって行い、反射光の測定は、腹から入射し手指中で反射して腹から射出する第２発光部６３の光を第１受光部６２が受光することによって行う。
【０１２９】
一方、図１４（ｂ）（ｃ）に示すように設計とは逆に手指が第１受光部６２と第２発光部６３とが配置される側に爪を向け且つ第１発光部６１と第２受光部６４とが配置される側に腹を向けて装着された場合には、図１４（ｂ）に示すように、透過光の測定は、腹から入射し手指中を透過して爪から射出する第１発光部６１の光を第１受光部６２が受光することによって行い、反射光の測定は、腹から入射し手指中で反射して腹から射出する第１発光部６１の光を第２受光部６４が受光することによって行う。あるいは、かかる場合において図１４（ｃ）に示すように、透過光の測定は、爪側から入射し手指中を透過して腹から射出する第２発光部６３の光を第２受光部６４が受光することによって行い、反射光の測定は、腹から入射し手指中で反射して腹から射出する第１発光部６１の光を第２受光部６４が受光することによって行う。
【０１３０】
測定の際に手指の装着状態に応じて第１および第２発光部６１、６３と第１および第２受光部６２、６４とから測定に使用する各部の組合わせを上述の何れかに適宜選択することによって、図１４（ａ）に示す測定部は、測定対象の装着状態にかかわらず最適な測定データを得ることができる。
【０１３１】
なお、手指の装着状態は、手指の爪側から入射して爪側に射出する反射光量と手指の腹から入射して腹に射出する反射光量とを比較すると後者の方が大きいから、第２受光部６４が受光する第１発光部６１の光に基づく反射光量と第１受光部６２が受光する第２発光部６３の光に基づく反射光量とを比較することによって判断することができる。
【０１３２】
また、上述の実施形態では、透過経路および反射経路の測定値を用いたがこれに限定されるものではない。本発明は、同一波長の光が生体中の２つの異なる経路を通って測定された値を用いればよい。例えば、図１５に示すような２つの相異なる経路を通った光を測定してもよい。図１５は、測定対象である手指を正面から見た場合において、第１および第２発光部７１、７２と受光部７３との配置関係を示した図である。図１５に示す測定部は、第１および第２発光部７１、７２と受光部７３とを備えて構成される。第１および第２発光部７１、７２は、赤色領域の波長λ１の光および赤外線領域の波長λ２の光を射出する光源である。受光部７３は、受光した光強度に応じた電流を生成する光電素子であり、少なくとも波長λ１および波長λ２に対して感度を持つ。第１および第２発光部７１、７２と受光部７３とは、手指を中心に所定角度の間隔で配置され、爪から入射し手指中を透過して腹から射出する第１発光部７１の光を受光部７３が受光するように、そして、手指の腹の一方側面から入射し手指中で反射して腹の他方側面から射出する第２発光部７２の光を受光部７３が受光するようにそれぞれ配置される。
【０１３３】
さらに、上述の実施形態では、透過経路および反射経路の２つの異なる経路を通って測定された値を用いたがこれに限定されるものではなく、３つ以上の相異なる経路を用いて測定値を得、得た測定値から適当な組合わせを選ぶようにしてもよい。
【０１３４】
ここで、本明細書によって開示された主な発明を以下にまとめる。
（付記１）　所定の波長の測定光を発光し、前記測定光について測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定する測定部と、前記複数の光強度変化に基づいて体動の有無を判定する判定部とを備えることを特徴とする体動検出装置。
（付記２）　前記判定部は、前記複数の光強度変化と各光強度変化との間の係数に基づく評価関数を最小または最大にする前記係数を求め、求めた前記係数の符号によって体動の有無を判別することを特徴とする付記１に記載の体動検出装置。
（付記３）　前記判定部は、前記複数の光強度変化と各光強度変化との間の係数に基づく評価関数を最小または最大にする前記係数を求め、求めた前記係数に対応する前記評価関数の評価値を求め、係数と評価値とからなる座標空間を測定対象の運動状態に対応させて複数の領域に区分し、求めた前記係数および前記評価値が前記複数の領域のうちの何れに属するかによって前記測定対象の運動状態を判別することを特徴とする付記１に記載の体動検出装置。
（付記４）前記測定部は、相異なる第１波長および第２波長の測定光をそれぞれ発光し、発光した各測定光について測定対象中を相異なる第１経路および第２経路で通過した後の各光強度変化をそれぞれ測定し、前記判定部は、第１経路における第１波長の測定光の光強度変化と第２波長の測定光の光強度変化との第１比および第２経路における第１波長の測定光の光強度変化と第２波長の測定光の光強度変化との第２比に基づいて体動の有無を判定することを特徴とする付記１に記載の体動検出装置。
（付記５）　前記判定部は、前記第１比と前記第２比とが所定の値以上相違する場合に体動が有ると判定することを特徴とする付記４に記載の体動検出装置。
（付記６）　前記判定部は、体動の有無を判定する演算を行う際に、測定時間が経過するに従って値が小さくなる係数を前記光強度変化に乗じた後に、体動の有無を判定する演算を行うことを特徴とする付記１に記載の体動検出装置。
（付記７）　所定の波長の測定光を発光する発光工程と、前記測定光について測定対象中を相異なる複数の経路で通過した後の複数の光強度変化をそれぞれ測定する測定工程と、前記複数の光強度変化に基づいて体動の有無を判定する判定工程とを備えることを特徴とする体動検出方法。
（付記８）　前記判定工程は、前記複数の光強度変化と各光強度変化との間の係数に基づく評価関数を最小または最大にする前記係数を求め、求めた前記係数の符号によって体動の有無を判別することを特徴とする付記７に記載の体動検出方法。
（付記９）　前記判定工程は、前記複数の光強度変化と各光強度変化との間の係数に基づく評価関数を最小にする前記係数を求め、求めた前記係数に対応する前記評価関数の評価値を求め、係数と評価値とからなる座標空間を測定対象の運動状態に対応させて複数の領域に区分し、求めた前記係数および前記評価値が前記複数の領域のうちの何れに属するかによって前記測定対象の運動状態を判別することを特徴とする付記７に記載の体動検出方法。
（付記１０）　前記測定工程は、相異なる第１波長および第２波長の測定光をそれぞれ発光し、前記測定工程は、発光した各測定光について測定対象中を相異なる第１経路および第２経路で通過した後の各光強度変化をそれぞれ測定し、前記判定工程は、第１経路における第１波長の測定光の光強度変化と第２波長の測定光の光強度変化との第１比および第２経路における第１波長の測定光の光強度変化と第２波長の測定光の光強度変化との第２比に基づいて体動の有無を判定することを特徴とする付記７に記載の体動検出方法。
（付記１１）　前記判定工程は、前記第１比と前記第２比とが所定の値以上相違する場合に体動が有ると判定することを特徴とする付記１０に記載の体動検出方法。
（付記１２）　前記判定工程は、測定時間が経過するに従って値が小さくなる係数を前記光強度変化に乗じる工程を含むことを特徴とする付記７に記載の体動検出方法。
【０１３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる体動検出装置および体動検出方法は、脈拍数や血中酸素飽和度を演算する演算式を応用して、測定対象の体動の有無や運動状態を検出することができる。よって、本発明にかかる体動検出装置および体動検出方法を組み込んだ血液状態測定装置は、測定対象が測定中に体動を行ったとしても、体動を検出することができるので、脈拍数や血中酸素飽和度を算出する際に体動による影響を算出値から軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】体動検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ヘモグロビンおよび酸化ヘモグロビンの吸光係数の分光特性を示す図である。
【図３】生体よる光の吸収を示す図である。
【図４】ｒ１（λ）とｒ２（λ）との関係を示す図である。
【図５】ｒ１（λ）およびｒ２（λ）を求める場合の動作を示すフローチャートである。
【図６】測定波形の一例を示す図である。
【図７】図６に対応する各成分波形を示す図である。
【図８】係数ｒと評価関数Ｅ（ｒ）との関係を示す図である。
【図９】第１の体動判別法による体動検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】係数ｒ＊と評価関数Ｅ（ｒ＊）との関係を示す図である。
【図１１】第２の体動判別法による体動検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】発光部と受光部との配置を示す図である。
【図１３】発光部と受光部との配置を示す図である。
【図１４】測定対象の装着方向によらずに適切に光路が設定される測定部における発光部と受光部との配置を示す図である。
【図１５】発光部と受光部および測定対象との配置関係を示す図である。
【符号の説明】
１１　第１発光部
１２　第２発光部
１３　受光部
１４　増幅部
１５　アナログ／ディジタル変換部
１６　演算・制御部
１７　入力部
１８　駆動部
１９　ディジタル／アナログ変換部
２１　記憶部
２０　表示部
２２　外部インターフェース
１００　体動検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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