(57)【要約】【課題】  、屋外等の外来光が変化するような環境下であっても、この外来光の影響を受けずに生体情報を正確に測定する。【解決手段】  動脈血流を含む生体組織に２波長の異なる光をそれぞれ照射するＬＥＤ１０２２ａおよびＬＥＤ１０２２ｂと、前記２波長の異なる光の夫々について、前記生体組織に吸光された後の光を受光するフォトディテクタ１０２４と、前記フォトディテクタ１０２４の受光結果により示される２波長の各々の吸光度に基づいて生体情報を算出するＣＰＵ１３０とを備え、前記ＬＥＤ１０２２ａ及びＬＥＤ１０２２ｂの各々の波長は、約４００ｎｍから約７００ｎｍまでの波長域に属する構成とする。【選択図】      図５
2005052385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動脈血流を含む生体組織に２波長の異なる光をそれぞれ照射する第１および第２の光源と、
前記２波長の異なる光の夫々について、前記生体組織に吸光された後の光を受光する受光手段と、
前記受光手段の受光結果により示される２波長の各々の吸光度に基づいて生体情報を算出する演算手段とを備え、
前記第１および第２の光源の各々の波長は、外来光の影響を受けず、なおかつ、前記生体組織の表皮における吸収が小さい波長域に属する
ことを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項２】
前記第１および第２の光源の各々の波長は、約４００ｎｍから約７００ｎｍまでの波長域に属する
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】
前記第１の光源は、前記動脈血流中の還元ヘモグロビンの吸光度よりも酸化ヘモグロビンの吸光度が小となる波長域に属する光であり、
前記第２の光源は、還元ヘモグロビンの吸光度よりも酸化ヘモグロビンの吸光度が大となる波長域に属する光である
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】
前記第１および第２の光源の各々の波長は、
第１の波長をλ１、第２の波長をλ２とし、
波長λ１、λ２における動脈血流中の還元ヘモグロビンの吸光度をλｉＨｂ、酸化ヘモグロビンの吸光度をλｉＨｂＯ２とした場合に（但しｉ＝１、２）、
（λ１Ｈｂ／λ１ＨｂＯ２）／（λ２Ｈｂ／λ２ＨｂＯ２）≦０．１５
の関係を満足する
ことを特徴とする請求項３に記載の生体情報測定装置。
【請求項５】
前記第１の光源の中心波長は約６６０ｎｍであり、前記第２の光源の中心波長は約４７０ｎｍである
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６】
前記受光手段は、前記動脈血流を含む生体組織にて反射された光を受光する
ことを特徴とする請求項５に記載の生体情報測定装置。
【請求項７】
前記演算手段は、生体情報として酸素飽和度を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の生体情報測定装置。
【請求項８】
前記演算手段は、生体情報として酸素飽和度及び脈拍数を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の生体情報測定装置。
【請求項９】
体動を検出する体動センサを更に備え、
前記演算手段は、前記受光手段の受光結果から、前記体動センサにより検出された体動成分を除去して前記生体情報を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至８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、例えば血液中の酸素飽和度などの生体情報を計測する生体情報計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、生体情報計測装置の一つに、動脈血中の酸素飽和度を無侵襲に連続測定可能な装置としてパルスオキシメータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このパルスオキシメータは、赤色光（例えば波長６６０ｎｍ）と赤外光（例えば波長９４０ｎｍ）の夫々異なった２波長の光を生体組織に時分割に照射し、異なる２波長の透過光または反射光から得られる吸光度の脈波成分の比に基づいて酸素飽和度を測定するものである。パルスオキシメータに、赤色光と赤外光を用いる理由は、第１に、これらの波長のＬＥＤデバイスが比較的安価に入手し易いため、第２に、各々の波長では、酸素ヘモグロビンの吸光度と還元ヘモグロビンの吸光度の大小関係が互いに逆になり測定分解能を高めることが可能となるためである。
【特許文献１】特許第３１１６２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、赤外光（波長９４０ｎｍ近傍の光）を照射光として用いた場合、透過光あるいは反射光が自然光あるいは室内照明光などの外来光によるノイズの影響を受け、生体情報たる酸素飽和度を正確に測定できないといった問題がある。特に、屋外等の外来光の強度や波長が変化するような環境下では、赤外光の検出信号からノイズ成分を除去し、有効な信号成分のみを取り出すことが難しく、正確な計測は困難である。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、屋外等の外来光が変化するような環境下であっても、この外来光の影響を受けずに、生体情報を正確に測定することが可能な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】
上記目的を達成するために、本発明は、動脈血流を含む生体組織に２波長の異なる光をそれぞれ照射する第１および第２の光源と、前記２波長の異なる光の夫々について、前記生体組織に吸光された後の光を受光する受光手段と、前記受光手段の受光結果により示される２波長の各々の吸光度に基づいて生体情報を算出する演算手段とを備え、前記第１および第２の光源の各々の波長は、外来光の影響を受けず、なおかつ、前記生体組織の表皮における吸収が小さい波長域に属することを特徴とする構成の生体情報測定装置を提供する。
【０００６】
この構成によれば、屋外等の外来光が変化するような環境下であっても、この外来光の影響を受けずに、生体情報を検出することが可能となる。
【０００７】
ここで、前記第１および第２の光源の各々の波長は、約４００ｎｍから約７００ｎｍまでの波長域に属する構成が望ましい。
【０００８】
具体的には、波長が約７００ｎｍよりも大となると、生体組織を導光体とする外来光と検出光との分離が困難となり、また、約４００ｎｍよりも小となると、生体組織の表皮での吸収が増し十分な検出光を得ることが困難となる。そこで、約４００ｎｍから約７００ｎｍまでの波長域に属する波長の光を用いることで、生体情報を正確に測定することが可能となる。
【０００９】
また、前記第１の光源は、前記動脈血流中の還元ヘモグロビンの吸光度よりも酸化ヘモグロビンの吸光度が小となる波長域に属する光であり、前記第２の光源は、還元ヘモグロビンの吸光度よりも酸化ヘモグロビンの吸光度が大となる波長域に属する光である構成も望ましい。
【００１０】
さらにまた、前記第１および第２の光源の各々の波長は、第１の波長をλ１、第２の波長をλ２とし、波長λ１、λ２における動脈血流中の還元ヘモグロビンの吸光度をλｉＨｂ、酸化ヘモグロビンの吸光度をλｉＨｂＯ２とした場合に（但しｉ＝１、２）、（λ１Ｈｂ／λ１ＨｂＯ２）／（λ２Ｈｂ／λ２ＨｂＯ２）≦０．１５の関係を満足する構成も望ましい。
【００１１】
例えば、前記第１の光源の中心波長は約６６０ｎｍであり、前記第２の光源の中心波長は約４７０ｎｍである。
【００１２】
これらの望ましい構成によれば、生体情報の測定分解を向上させることが可能となる。
【００１３】
ここで、前記受光手段は、前記動脈血流を含む生体組織にて反射された光を受光する構成が好ましい。この好ましい構成によれば、生体組織での吸収が比較的大きい波長（例えば約４７０ｎｍ付近の波長）の光を用いた場合であっても、十分な量の検出光を得ることが可能となる。
【００１４】
なお、前記演算手段は、生体情報として酸素飽和度を算出するものである。また、前記演算手段は、生体情報として酸素飽和度及び脈拍数を算出するものであっても良い。
【００１５】
また、体動を検出する体動センサを更に備え、前記演算手段は、前記受光手段の受光結果から、前記体動センサにより検出された体動成分を除去して前記生体情報を算出する構成とすることで、検出結果からノイズ成分である体動成分を除去でき、生体情報をより正確に求めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、屋外等の外来光が変化するような環境下であっても、この外来光の影響を受けずに、生体情報を正確に測定することが可能な生体情報測定装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る生体情報計測装置の一例としてのパルスオキシメータの外観構成を、その使用の態様と共に示す図である。この図に示すように、パルスオキシメータ１は、腕時計構造を有する装置本体１００と、この装置本体１００に設けられ、腕時計における１２時方向から利用者の腕に巻きついて６時方向で固定されるリストバンド１０３とを備えている。装置本体１００の上面には、血中酸素濃度や脈拍数等の生体情報に関する情報や時刻といった各種情報が表示される液晶表示部１０８が設けられ、また装置本体１００の外周部には、利用者が各種情報を入力する際に用いる入力手段としてのボタンスイッチ１１１が設けられている。さらに、装置本体１００の表面（液晶表示部１０８が設けられた面）には、開始・終了ボタン１１６が設けられている。この開始・終了ボタン１１６は、利用者が当該パルスオキシメータ１に対して、血中酸素濃度あるいは脈拍数の測定開始あるいは終了を指示する際に用いられる。
【００１９】
装置本体１００の６時方向の外周部には、コネクタ部１０５が設けられ、このコネクタ部１０５には、生体情報を検出するための生体センサユニット１０２が接続されるコネクタピース１０６が着脱自在に取り付けられている。すなわち、パルスオキシメータ１は、当該コネクタピース１０６が取り外されている場合に、腕時計として機能し、コネクタピース１０６が装着されている場合に、生体情報を計測するパルスオキシメータとして機能可能となる。コネクタピース１０６には、ケーブル１０１を介して生体センサユニット１０２が接続され、この生体センサユニット１０２により、利用者の生体情報が検出される。具体的には、この生体センサユニット１０２は、センサ用固定バンド１０４によって、利用者の指の根元近傍に固定され、血管に光を照射することで生体情報（酸素濃度及び脈波）を検出する。なお、コネクタ部１０５は、利用者が手の甲にコネクタ部１０５が当接し、手の動きが規制されるのを防止するために、装置本体１００の外周の内、腕時計における３時方向に設けられる構成が望ましい。
【００２０】
図３は、生体センサユニット１０２の構成を模式的に示す図である。この図に示すように、生体センサユニット１０２は、センサ枠１０２０と、当該センサ枠１０２０の下面を塞ぐ裏蓋１０２１と、上面を塞ぐガラス板１０２３とを備えるユニット本体１０２ａを有し、このユニット本体１０２ａには、回路基板１０２６と、この回路基板１０２６上に実装された２つのＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂと、フォトディテクタ１０２４とが内蔵されている。また、回路基板１０２６には、ケーブル１０１が接続され、このケーブル１０１を介して、装置本体１００にフォトディテクタ１０２４による検出信号たる生体検出信号が出力される。また、回路基板１０２６への電力供給も、装置本体１００に内蔵された電池（不図示）からケーブル１０１を介して行われる。
【００２１】
ここで、ＬＥＤ１０２２ａの波長（中心波長）は、約４７０ｎｍであり、ＧａＮ系（ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤが用いられ、また、ＬＥＤ１０２２ｂの波長（中心波長）は、約６６０ｎｍであり、ＧａＡｌＡｓ系（ガリウム−アルミニウム−ヒ素）系の赤色ＬＥＤが用いられている。ＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂの出射面及びフォトディテクタ１０２４の受光面は、各々ガラス板１０２３と対向しており、ＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂの各々から血管に向けて照射された光が当該血管にて反射され、その反射光量がガラス板１０２３を透過してフォトディテクタ１０２４にて検出される、いわゆる反射型の構成となっている。一般に、波長が短い場合、生体における光の吸収が強くなり、指を透過する透過光が微弱であるため、この透過光を用いての生体情報測定は困難である。しかしながら、上記のように、反射光を検出する構成とすることで、フォトディテクタ１０２４に十分な光量が入射することとなり生体情報測定を測定することが可能となる。
【００２２】
次いで、図４に示すように、フォトディテクタ１０２４の受光面を分割するように、互いに透過波長特性の異なる２つの透過フィルタ１０２４ａ、１０２４ｂが貼り付けられている。透過フィルタ１０２４ａは、ＬＥＤ１０２２ａの波長域（すなわち、４７０ｎｍ付近）の光のみを透過し、透過フィルタ１０２４ｂは、ＬＥＤ１０２２ｂの波長域（すなわち、６６０付近）の光のみを透過する。この構成により、１つのフォトディテクタ１０２４により、ＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂの各々の波長域の光量を検出することが可能となっている。生体情報測定時には、ＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂが時分割に交互に発光し、ＬＥＤ１０２２ａあるいはＬＥＤ１０２２ｂの発光により検出された反射光量が生体検出信号として装置本体１００に出力される。
【００２３】
なお、上記ガラス板１０２３は、少なくともＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂの波長域（４７０ｎｍ付近及び６６０ｎｍ付近）に高い透過特性を有するガラス材料から形成され、その他の波長域の光については、ガラス板１０２３の表面に貼り付けられた透過フィルタ（図示せず）によりカットされる構成となっており、ユニット本体１０２ａ内への外来光の侵入が極力防止され、フォトディテクタ１０２４に外来光によるノイズが含まれるのが防止される。また、本実施形態では、波長約４７０ｎｍの青色光を発するＬＥＤ１０２４ａと、波長約６６０ｎｍの赤色光を発するＬＥＤ１０２４ｂとを用いているため、外来光の影響を受けずに生体情報を測定することが可能となっており、これについては、後に従来例と比較しつつ詳述する。
【００２４】
図５は、パルスオキシメータ１の機能的構成を示すブロック図である。この図において、ＣＰＵ１３０は、当該パルスオキシメータ１の各部の動作を制御する他、生体センサユニット１０２からの生体検出信号に基づく血中酸素濃度演算処理や脈拍数演算処理等の各種演算処理を実行する制御・演算手段として機能するものである。ＲＯＭ１３２は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）などの書き換え可能なメモリであり、ＣＰＵ１３０によって実行される制御プログラムや各種データを記憶する。ＲＡＭ１３４は、ＣＰＵ１３０のワークエリアとして用いられ、ＣＰＵ１３０による演算結果や各種データを一時的に記憶する。クロック回路１３６は、所定周波数（例えば３２．７６８ｋＨｚ）のクロック信号を出力する発振回路１３６０と、発振回路１３６０からのクロック信号を分周して１Ｈｚのクロック信号をＣＰＵ１３０に出力する分周回路１３６１とを備え、ＣＰＵ１３０は、１Ｈｚのクロック信号に基づき計時処理を行う。入力部１３８は、上述したボタンスイッチ１１１および開始・終了ボタン１１６に対応するものであり、利用者の各ボタン操作に応じた信号をＣＰＵ１３０に出力する。液晶表示部１０８は、ＣＰＵ１３０の制御に従って画面を表示する。
【００２５】
生体信号増幅回路１２０は、生体センサユニット１０２からの上記生体検出信号を増幅してＡ／Ｄ変換回路１２２に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１２２は、ＣＰＵ１３０から制御信号が入力されている間だけ、受け取った生体検出信号をアナログ／デジタル変換してＣＰＵ１３０に出力し、ＣＰＵ１３０は、生体検出信号を一定期間取り込み、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行することにより生体検出信号の周波数成分を算出し、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂを求める。ここで、生体センサユニット１０２が備える２つのＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂに対応する反射光量を個々に検出すべく、ＣＰＵ１３０は、時分割にＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂを交互に発光させ、そして、ＬＥＤ１０２２ａの発光時に検出された生体検出信号に基づく生体スペクトル信号Ｆｓａと、ＬＥＤ１０２２ｂの発光時に検出された生体検出信号に基づく生体スペクトル信号Ｆｓｂとを個別に求めている。
【００２６】
上記生体検出信号、引いては、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂには、生体情報たる血中の酸素飽和度や脈拍数を示す情報が含まれている。詳述すると、ＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂから指に向けて光を照射すると、この光が血管に届いて血液中のヘモグロビン（酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン）によって一部が吸収され、一部が反射される。生体（血管）から反射してきた光は、フォトディテクタ１０２４によって受光され、その受光量変化は、血液の脈波によって生じる血量変化に対応する。
【００２７】
具体的には、血量が多いときには、ヘモグロビンでの光の吸収が増大するため、反射光が弱くなる一方、血量が少なくなると、反射光が強くなる。従って、反射光強度の変化をフォトディテクタ１０２４で監視すれば、反射光強度の脈動周期（すなわち生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂ）から脈拍を検出することが可能となる。
【００２８】
また、その詳細な説明は割愛するが、酸素飽和度ＳｐＯ２（Saturation Pulse Oxygen）は、次式（１）に示すように、ＬＥＤ１０２２ａの波長（本実施形態では４８０ｎｍ）の光に対する吸光度の脈波成分ＡＣａと、ＬＥＤ１０２２ｂの波長（本実施形態では６６００ｎｍ）の光に対する吸光度の脈波成分ＡＣｂとの強度比により求まる。
【００２９】
酸素飽和度ＳｐＯ２＝ｆ（ＡＣｂ／ＡＣａ）・・・・・（１）
但し、関数ｆは、ＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂの各々の波長における吸光度によって決定される所定の関数である。
【００３０】
なお、発光素子（ＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂ）の発光強度及び受光素子（フォトディテクタ１０２４）の波長による感度のばらつきがあるので、実際には、次式（２）に示すように、吸光度の脈波成分ＡＣを直流成分ＤＣ（発光素子の発光強度のばらつき、体組織の吸収、電気回路の性能のばらつき等を含めた成分）で除算し正規化することで、より正確な酸素飽和度ＳｐＯ２を求めている。
【００３１】
酸素飽和度ＳｐＯ２＝ｆ（（ＡＣｂ／ＤＣｂ）／（ＡＣａ／ＤＣａ））・・（２）
上記（２）式を生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂを用いて表すと、脈波成分ＡＣａ、ＡＣｂは生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂに含まれるスペクトル成分のうち、パワーが最大のスペクトル成分Ｆｓａｈ、Ｆｓｂｈに対応し、直流成分ＤＣａ、ＤＣｂは周波数が「０Ｈｚ」のスペクトル成分Ｆｓａｏ、Ｆｓｂｏに対応するため、次式（３）のようになる。
【００３２】
酸素飽和度ＳｐＯ２＝
ｆ（（Ｆｓｂｈ／Ｆｓｂｏ）／（Ｆｓａｈ／Ｆｓａｏ））・・・（３）
図６は、上記（２）式における｛（ＡＣｂ／ＤＣｂ）／（ＡＣａ／ＤＣａ）｝の値と、酸素飽和度ＳｐＯ２の関係を模式的に示す図である。この図に示すように、｛（ＡＣｂ／ＤＣｂ）／（ＡＣａ／ＤＣａ）｝の値と酸素飽和度ＳｐＯ２は略比例関係にあり、｛（ＡＣｂ／ＤＣｂ）／（ＡＣａ／ＤＣａ）｝の値に応じて酸素飽和度ＳｐＯ２が一意に特定される。そこで、本実施形態では、｛（ＡＣｂ／ＤＣｂ）／（ＡＣａ／ＤＣａ）｝の値（こより詳細には、（Ｆｓｂｈ／Ｆｓｂｏ）／（Ｆｓａｈ／Ｆｓａｏ）の値）と、酸素飽和度ＳｐＯ２の対応関係を示すテーブルデータ（不図示）を予めＲＯＭ１３２に格納しておき、｛（ＡＣｂ／ＤＣｂ）／（ＡＣａ／ＤＣａ）｝の値を算出すれば、テーブルデータに基づいて酸素飽和度ＳｐＯ２が特定される構成となっている。これにより、上記（２）式、あるいは（３）式に示す関数式を演算する必要がないため、酸素飽和度ＳｐＯ２を迅速に特定でき、また、この演算による消費電力を低減することが可能となる。
【００３３】
なお、周波数解析値に基づいて上記（３）式より酸素飽和度ＳｐＯ２を求めるのでは無く、フォトディテクタ１０２４からの生体検出信号波形（Ａ／Ｄ変換値）からＡＣ成分（脈波振幅）とＤＣ成分とを求め、上記（２）式を用いて酸素飽和度ＳｐＯ２を直接求めるようにしても良い。
【００３４】
ところで、利用者が運動等している場合、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂには、体動（すなわち、腕の動き）に応じた周波数成分が含まれる。従って、より正確に生体情報（酸素飽和度、脈拍）を測定するには、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂから体動成分を除去する必要がある。そこで、本実施形態に係るパルスオキシメータ１は、図５に示すように、体動を検出する体動センサ１４０を備えている。この体動センサ１４０は、利用者の体動として、歩行に伴う腕の振りの繰り返し運動を検出するための加速度センサを備えている。加速度センサを含む体動センサ１４０は、装置本体１００に内蔵され、利用者の腕の振りの加速度を検出し、体動信号として体動信号増幅回路１４２に出力する。
【００３５】
体動信号増幅回路１４２は、体動信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換回路１２２に出力する。Ａ／Ｄ変換回路１２２は、上述したように、ＣＰＵ１３０から制御信号が入力されている間だけ、体動信号をアナログ／デジタル変換して、ＣＰＵ１３０に出力する。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路１２２は、生体信号増幅回路１２０からの生体検出信号と体動信号増幅回路１４２からの体動信号を一定時間ごとに交互に受け取り（すなわち、時分割）、アナログ／デジタル変換してＣＰＵ１３０に出力する。ＣＰＵ１３０は、デジタル信号に変換された体動信号を一定期間取り込んだ場合には、ＦＦＴ処理を実行することにより体動信号の周波数成分を算出し、体動スペクトル信号Ｆｔを求める。そして、ＣＰＵ１３０は、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂから体動成分を取り除くために、体動スペクトル信号Ｆｔにて減算して酸素飽和度を求めている。
【００３６】
図７は、生体情報測定処理の手順を示すフローチャートである。この図に示すように、パルスオキシメータ１のＣＰＵ１３０は、利用者によって開始・終了ボタン１１６が操作され測定開始指示がなされたことを検出すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、Ａ／Ｄ変換回路１２２に制御信号を出して、これを動作させると共に、生体センサユニット１０２のＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂ及び体動センサ１４０の各々を排他的（時分割）に動作させ、ＬＥＤ１０２２ａの発光に基づく生体検出信号と、ＬＥＤ１０２２ｂの発光に基づく生体検出信号と、体動信号とを時分割に取り込む（ステップＳ２）。
【００３７】
次いで、ＣＰＵ１３０は、生体検出信号と体動信号の各々に対してＦＦＴ処理を実行し、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂと、体動スペクトル信号Ｆｔの各々を算出する（ステップＳ３）。そして、ＣＰＵ１３０は、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂから体動成分を除去すべく、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂの各々から体動スペクトル信号Ｆｔを減算し（ステップＳ４）、この減算後の生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂに基づいて酸素飽和度と脈拍数（すなわち生体情報）を算出する（ステップＳ５）。
【００３８】
図８は、生体情報算出処理の手順を示すフローチャートである。先ず、ＣＰＵ１３０は、上記式（３）を用いて酸素飽和度ＳｐＯ２を求めるために、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂを周波数「０Ｈｚ」のスペクトル成分Ｆｓａｏ、Ｆｓｂｏと、パワーが最大のスペクトル成分Ｆｓａｈ、Ｆｓｂｈとに分離し（ステップＳ５０）、これらスペクトル成分Ｆｓａｏ、Ｆｓｂｏ、Ｆｓａｈ、Ｆｓｂｈとから、（Ｆｓｂｈ／Ｆｓｂｏ）／（Ｆｓａｈ／Ｆｓａｏ）の値、すなわち、２波長の各々の吸光度比を算出する（ステップＳ５１）。そして、ＣＰＵ１３０は、この算出した吸光度比に対応する酸素飽和度ＳｐＯ２を、ＲＯＭ１３２に格納されたテーブルデータを参照して特定する（ステップＳ５２）。なお、ここでは、周波数解析値に基づいて上記（３）式より酸素飽和度ＳｐＯ２を求めるようにしたが、これに限らず、フォトディテクタ１０２４からの生体検出信号波形（Ａ／Ｄ変換値）からＡＣ成分（脈波振幅）とＤＣ成分とを求め、上記（２）式を用いて酸素飽和度ＳｐＯ２を直接求めるようにしても良い。
【００３９】
次にＣＰＵ１３０は、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂのうち、パワーが最大のスペクトル成分Ｆｓａｈ、Ｆｓｂｈの周波数が脈拍を示すことを用いて、次式（４）により脈拍数を算出する（ステップＳ５３）。
【００４０】
脈拍数（拍数／分）
＝生体スペクトル信号のパワー最大成分Ｆｓａｈの周波数×６０・・・（４）
あるいは、
脈拍数（拍数／分）
＝生体スペクトル信号のパワー最大成分Ｆｓｂｈの周波数×６０・・（４’）
なお、ＬＥＤ１０２２ａ、１０２２ｂの各々に対応して得られた生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂのいずれを用いても、脈拍数を算出することが可能である。従って、いずれか１つの生体スペクトル信号を用いて脈拍数を算出しても良く、また、誤差を小さくするために、生体スペクトル信号Ｆｓａ、Ｆｓｂの各々について算出された脈拍数の平均値を算出するようにしても良い。
【００４１】
再び図７に戻り、ＣＰＵ１３０は、ステップＳ５において算出した酸素飽和度と脈拍数とを液晶表示部１０８に表示し（ステップＳ６：図９参照）、利用者に測定結果を通知する。そして、ＣＰＵ１３０は、利用者の開始・終了ボタン１１６の操作により、生体情報測定を終了させる指示があったか否かを判別し（ステップＳ７）、この判別結果がＮｏであれば、引き続き生体情報測定を行うべく、処理手順をステップＳ２に戻す一方、判別結果がＹｅｓである場合には、ＣＰＵ１３０は、生体情報測定処理を終了する。なお、上述した生体情報算出処理において、生体情報を酸素飽和度、脈拍数の順に算出する構成としたが、脈拍数、酸素飽和度の順に算出する構成でも良い事は勿論である。
【００４２】
さて、本実施形態では、従来の赤外光に代えて、青色光（中心波長４８０ｎｍ）を照射するＬＥＤ１０２２ａを用いることにより、外来光の影響を受けずに、より正確な生体情報測定を達成している。以下、本実施形態の構成を対象にして行った性能試験の結果について、従来構成のものと比較しつつ説明する。
【００４３】
この性能試験は、図１０に示すように、被験者Ｕの片方の腕を暗室内におき、他方の腕を外来光にさらした状態で行い、暗室内にある腕には、リファレンス用パルスオキシメータ１Ｒが装着され、外来光に照らされる腕には、２つの試験用パルスオキシメータ１Ｅａ、１Ｅｂが装着されている。なお、リファレンス用パルスオキシメータ１Ｒには、生体組織に照射する光として、赤色光（中心波長：約６６０ｎｍ）と赤外光（中心波長：約９４０ｎｍ）の２つの波長が用いられている。また、試験用パルスオキシメータ１Ｅａには、２つの波長の光として、中心波長約４８０ｎｍの光と、中心波長約６６０ｎｍの光（本実施形態）が用いられ、試験用パルスオキシメータ１Ｅｂには、中心波長約９４０ｎｍの光と、中心波長約６６０ｎｍの光（従来構成）が用いられている。但し、試験用パルスオキシメータ１Ｅａ、１Ｅｂの各々は、光源の波長が異なる他は、略同様な構成とし、光源波長以外の要因が試験結果に影響を与えないようになっている。さらに、２つの試験用パルスオキシメータ１Ｅａ、１Ｅｂは同時に装着され、互いに異なる指（例えば人差し指と中指）に生体センサユニットが装着されている。
【００４４】
このような試験環境において、先ず、外来光の照射を停止して測定を行った。図１１は、リファレンス用パルスオキシメータ１Ｒから得られた酸素飽和度ＳｐＯ２と、２波長の吸光度比との関係を、試験用パルスオキシメータ１Ｅａ、１Ｅｂの各々について示す図である。この図に示されるように、外来光の影響が無い場合には、いずれの試験用パルスオキシメータ１Ｅａ、１Ｅｂを用いても、リファレンス用パルスオキシメータ１Ｒの測定値と線形な相関関係が見出され、どちらも生体情報の測定に支障が無いことが分かる。
【００４５】
次いで、外来光を照射した場合に得られた結果が図１２である。この図に示されるように、本実施形態の波長を光源として用いた試験用パルスオキシメータ１Ｅａにあっては、外来光の照射が無い場合と同様に、リファレンス用パルスオキシメータ１Ｒと線形な相関関係を有するものの、従来構成の試験用パルスオキシメータ１Ｅｂにあっては、リファレンス用パルスオキシメータ１Ｒとの相関関係が崩れており、正確な生体情報を測定不可能であることが分かる。
【００４６】
これは、外来光のうち、波長領域が約７００ｎｍ以上の光（すなわち近赤外光よりも波長が長い光）は、指を導光体としてフォトディテクタ１０２４まで到達してしまうことによる。これにより、波長９４０ｎｍの光を用いた従来構成にあっては、フォトディテクタ１０２４に外来光によるノイズが含まれ、図１２に示すように、測定値にばらつきが生じてしまうのである。一方、外来光のうち、波長領域が約７００ｎｍ以下の光は、指を透過する際に、生体組織にその殆どが吸収されるため、フォトディテクタ１０２４に到達しない。従って、約７００ｎｍ以下の波長領域の光を用いることで、外来光の影響を受ける事無く生体情報を測定することができるのである。
【００４７】
但し、波長領域が約４００ｎｍ以下の光は、皮膚表面でほとんど吸収されため、血管まで光が届かず、測定自体が困難となる。従って、動脈血を含む生体組織に光を照射し、反射光あるいは透過光を受光することで生体情報を測定する場合には、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍまでの波長域に属する光を選択すれば良いこととなる。そこで、本実施形態では、外来光の影響を受けずに生体情報を検出可能とすべく、中心波長が約４７０ｎｍのＬＥＤと、約６６０ｎｍのＬＥＤとを用いているのである。
【００４８】
ところで、図１１及び図１２に示すように、本実施形態の構成に対応する試験用パルスオキシメータ１Ｅａにあっては、その測定値がリファレンス用パルスオキシメータ１Ｒと線形な相関関係を有するものの、その傾きが従来構成のものに比べて小さく（図１１参照）、酸素飽和度ＳｐＯ２測定の分解能は、従来構成のものよりも劣ってしまう。そこで、本実施形態では、図１３に示すように、従来構成と同等な分解能を得るべく、本実施形態構成の試験用パルスオキシメータ１Ｅａにて得られた測定結果の傾きを補正し、その傾きを大きくしている。図１４は、外来光を照射した場合に得られた結果に上記補正を加えた結果を示す図である。この図に示すように、本実施形態の構成である試験用パルスオキシメータ１Ｅａにあっては、リファレンス用パルスオキシメータ１Ｒと線形な相関関係を有し、さらにその傾きが大きく、外来光の影響を受けず、なおかつ、分解能の良い測定が可能であることが分かる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によれば、動脈血を含む生体組織に照射する光の波長として、約４７０ｎｍと約６６０ｎｍを用いる構成としたため、屋外等で使用した場合であっても、外来光の影響を受けず、正確に生体情報を測定することができる。また、動脈血を透過する光を受光するのでは無く、反射した光を受光する構成としたため、照射光として短い波長の光を用いた場合であっても、フォトディテクタ１０２４において十分受光量を得られる。さらにまた、これらの波長を用いて得られた測定値と酸素飽和度との線形関係に、その傾きを大とする補正を加える構成としたため、測定分解能を向上させることができる。
＜変形例＞
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。そこで、以下、各種の変形例について説明する。
（変形例１）
上述した実施形態では、生体組織に照射する光として、波長約４７０ｎｍの光と波長約６６０ｎｍの光とを用いたが、これに限らない。すなわち、図１７に示すように、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長域に属する光であれば、任意の光を用いることができ、これにより、外来光の影響を受けず、なおかつ、生体組織の吸収の影響を受けずに生体情報を測定することができる。
【００５０】
ここで、測定分解能を向上させるために、上記約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長域のうち、動脈血流中の還元ヘモグロビンの吸光度よりも酸化ヘモグロビンの吸光度が小となる波長（例えば波長６６０ｎｍ）の光と、これとは逆に、還元ヘモグロビンの吸光度よりも酸化ヘモグロビンの吸光度が大となる波長（例えば波長４７０ｎｍ）の光を用いることが望ましい。還元すれば、第１の波長をλ１、第２の波長をλ２とし、波長λ１、λ２における動脈血流中の還元ヘモグロビンの吸光度をλｉＨｂ、酸化ヘモグロビンの吸光度をλｉＨｂＯ２とした場合に（但しｉ＝１、２）、
（λ１Ｈｂ／λ１ＨｂＯ２）／（λ２Ｈｂ／λ２ＨｂＯ２）≦０．１５
の関係を満足する波長である（例えば、λ１＝６６０ｎｍ、λ２＝４７０ｎｍ）。
【００５１】
これらの波長の光を用いることにより、測定値と酸素飽和度との線形関係における傾きを比較的大とすることができ、これにより測定分解能を高めることが可能となる。なお、上記のように、この構成であっても、従来構成よりも測定分解能が劣る場合には、その傾きを補正するなどして分解能を向上させることができる。
（変形例２）
上述した実施形態では、パルスオキシメータ１が指の根元付近に装着され、その付近の血管に対して光を照射する構成について説明したが、これに限らず、指先や手首であっても良い。
（変形例３）
上述した実施形態では、１つのフォトディテクタ１０２４を用いて２つの波長の光を時分割に受光し、この受光結果に基づいて生体情報を算出する構成としたが、これに限らず、各波長の光ごとに、１つずつのフォトディテクタを用いる構成としても良い。これにより、時分割にＬＥＤ等を駆動する必要が無く、また、演算処理も容易となる。
（変形例４）
上述した実施形態では、体動センサ１４０を用いて、フォトディテクタ１０２４にて受光された受光結果（生体検出信号）から体動成分を取り除く構成としたが、これに限らない。すなわち、体動センサ１４０の代わりに、予想される擬似的な体動成分を予めＲＯＭ１３２に格納し、これを用いて受光結果（生体検出信号）から体動成分を取り除くようにしても良い。なお、利用者が安静状態の場合にのみ使用するのであれば、受光結果（生体検出信号）に含まれる体動成分は略無視できるため、体動成分を取り除くための構成を備える必要はない。
（変形例５）
上述した実施形態では、波長４７０ｎｍの光は生体組織での吸収が比較的大きいため、十分な受光量を得るべく、フォトディテクタ１０２４が透過光では無く反射光を検出する構成としたが、照射光量が大きく十分な透過光を得ることが可能であれば、フォトディテクタ１０２４が透過光を検出する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係るパルスオキシメータの外観構成を示す図である。
【図２】同生体センサユニットの装着の態様を示す図である。
【図３】同生体センサユニットの構成を模式的に示す側断面図である。
【図４】同生体センサユニットの構成を模式的に示す上面図である。
【図５】同パルスオキシメータの機能的構成を示すブロック図である。
【図６】同パルスオキシメータの測定値と酸素飽和度の関係を示す図である。
【図７】生体情報測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】生体情報算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】生体情報を利用者に報知する態様を示す図である。
【図１０】本発明の構成と従来構成との比較実験の実験条件を示す図である。
【図１１】外来光の照射が無い場合の、本発明の構成及び従来構成の測定結果を示す図である。
【図１２】外来光の照射が有る場合の、本発明の構成及び従来構成の測定結果を示す図である。
【図１３】本発明の構成の測定結果に対する補正を説明するための図である。
【図１４】外来光の照射が有る場合に、本発明の構成の測定結果を補正した結果を示す図である。
【図１５】光の波長と、還元ヘモグロビン及び酸化ヘモグロビンの各々の分子吸光係数（吸光度）との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…パルスオキシメータ（生体情報測定装置）、１０２…生体センサユニット、１３０…ＣＰＵ、１４０…体動センサ、１０２２ａ、１０２２ｂ…ＬＥＤ、１０２４…フォトディテクタ。
【図１】
2005052385.tif 000003
【図２】
2005052385.tif 000004
【図３】
2005052385.tif 000005
【図４】
2005052385.tif 000006
【図５】
2005052385.tif 000007
【図６】
2005052385.tif 000008
【図７】
2005052385.tif 000009
【図８】
2005052385.tif 000010
【図９】
2005052385.tif 000011
【図１０】
2005052385.tif 000012
【図１１】
2005052385.tif 000013
【図１２】
2005052385.tif 000014
【図１３】
2005052385.tif 000015
【図１４】
2005052385.tif 000016
【図１５】
2005052385.tif 000017