(57)【要約】      （修正有）【課題】センサの発光強度と受光感度を調整し、ノイズ量を予め減らすことにより、測定の精度を安定させる生体情報測定装置を提供する。【解決手段】生体情報測定装置は、光信号に含まれるノイズ量の許容可否を判定するノイズ処理部３と、ノイズ量が許容不可と判定されたときに、センサの発光強度と受光感度との少なくとも１つの調整を指示するセンサ制御部４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号に含まれるノイズ量の許容可否を判定するノイズ処理部と、
前記ノイズ量が許容不可と判定されたときに、センサの発光強度と受光感度との少なくとも１つの調整を指示するセンサ制御部と、
を備える生体情報測定装置。
【請求項２】
前記ノイズ処理部は、
前記光信号を周波数領域に変換した周波数領域信号における脈拍成分のスペクトル強度のピークと、その他のスペクトル強度のピークとの比率に基づき、前記許容可否を判定する
請求項１に記載の生体情報測定装置。
【請求項３】
光源と、前記光源からの光が生体により反射された反射光を受光し、前記光信号を生成する受光部と、を備える前記センサと、
前記判定において、許容可と判断されたときに、前記受光部の信号に基づき、生体情報を算出する算出部と、
をさらに備える請求項１または２に記載の生体情報測定装置。
【請求項４】
前記光源は、前記ノイズ量が許容不可と判定されたことにより、前記センサ制御部から発光強度の調整を指示されたときは、発光強度を大きくする
請求項３に記載の生体情報測定装置。
【請求項５】
前記ノイズ処理部は、
前記光源の発光強度が予め定めた範囲内でないときは、前記発光強度の増減を指示する
請求項３または４に記載の生体情報測定装置。
【請求項６】
前記光源は互いに波長の異なる第１光源と第２光源を含み、
前記算出部は、前記判定において、許容可と判断されたときに、前記受光部の信号に基づき、生体の血中酸素飽和度を算出する
請求項３ないし５のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
【請求項７】
光信号を周波数領域に変換した周波数領域信号に基づき、前記光信号の使用可否を判断するノイズ処理ステップと、
前記光信号が使用不可と判断されたときに、センサの発光強度と受光感度との少なくとも１つの調整を指示するセンサ制御ステップと、
をコンピュータが実行する測定方法。
【請求項８】
光信号を周波数領域に変換した周波数領域信号に基づき、前記光信号の使用可否を判断するノイズ処理ステップと、
前記光信号が使用不可と判断されたときに、センサの発光強度と受光感度との少なくとも１つの調整を指示するセンサ制御ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、生体情報測定装置、測定方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
脈波または動脈血の酸素飽和度（ＳｐＯ２）を計測するパルスオキシメータなどには、反射型センサが用いられている。反射型センサは、光源であるＬＥＤからの光が生体により反射され、その反射光を検出器（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＤ）が受け付けることにより、計測を行う。
【０００３】
しかし、反射型センサでは、センサと生体との接触状態などから生ずる生体ノイズ、外光により生ずる外光ノイズの影響を受け、測定信号がノイズに埋もれてしまうという課題があった。また、ＬＥＤ消灯時に取得した外光量に応じて、ＬＥＤの発光強度（光量）およびＰＤの受光感度を調整しても、実測時のノイズの影響を低減することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７６２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、センサの発光強度と受光感度を調整し、ノイズ量を予め減らすことにより、測定の精度を安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様としての生体情報測定装置は、光信号に含まれるノイズ量の許容可否を判定するノイズ処理部と、前記ノイズ量が許容不可と判定されたときに、センサの発光強度と受光感度との少なくとも１つの調整を指示するセンサ制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】受光した光信号のスペクトルの一例を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置の全体処理の概略フローチャート。
【図４】本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置を実現したハードウェア構成の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（本発明の一実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る生体情報測定装置は、センサ部１と、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）２と、ノイズ処理部３と、センサ制御部４と、算出部５と、を備える。また、センサ部１は、Ｒ＿ＬＥＤ（ＲＥＤ  ＬＥＤ）１１と、ＩＲ＿ＬＥＤ（ＩＮＦＲＡＲＥＤ  ＬＥＤ）１２と、受光部（ＰＤ）部１３と、を備える。
【００１０】
なお、第１の実施形態に係る生体情報測定装置は、生体の一部に装着されることを想定するが、特にこれに限られるものではない。
【００１１】
以下、各部について説明する。
【００１２】
センサ部１は、光源を備える。光源は、生体の脈波、動脈血の酸素飽和度、血圧、血中総ヘモグロビン量、血中一酸化炭素濃度などを計測するために、光を発し、その反射光を受光する。この光源の波長は、計測対象である生体情報に応じて、適切に変更することができる。光源は、同一波長の複数の光源を含んでいてもよいし、異なる波長の複数の光源を含んでいてもよい。以下では、異なる波長の複数の光源を含む例を用いて説明する。センサ部１の光源であるＲ＿ＬＥＤ１１は赤色光を発光し、光源ＩＲ＿ＬＥＤ１２は赤色光と異なる波長の赤外色光を発光する。これは、酸素と結びついたヘモグロビン（ＨｂＯ２）と、結びついていないヘモグロビン（Ｈｂ）は、赤色光と赤外色光の吸光度が異なり、これら２色の反射光の比率からＳｐ０２を算出するためである。
【００１３】
Ｒ＿ＬＥＤ１１とＩＲ＿ＬＥＤ１２は、発光の強度（光量）が調節可能なものとする。強度の調節とは、初期状態の発光強度を元に徐々に調整することを指す。初期状態とは、測定開始前に設定された発光強度を指す。例えば、初期状態における発光強度に対し、徐々に強度を強めることで、発光に必要な電力の消費を抑えることができる。また、個体差等のなんらかの事情で初期状態における発光強度が強すぎるときは、発光強度を徐々に弱めることもできる。ここでは、初期状態におけるＲ＿ＬＥＤ１１とＩＲ＿ＬＥＤ１２の発光強度は最小とし、徐々に発光強度を上げるように調節することを想定する。
【００１４】
受光部（ＰＤ）部１３は、光を受取り、電気信号に変化させる。ここでは、この電気信号を光信号と称する。受光部１３の受光感度は、調節可能なものとする。受光部１３は、Ｒ＿ＬＥＤ１１が発した赤色光の反射光と、ＩＲ＿ＬＥＤ１２が発した赤外色光の反射光を取得するためのものであるが、それ以外の外光も取得する。ゆえに、受光部１３が生成する光信号にはノイズが含まれる。
【００１５】
ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）２は、センサ１と、ノイズ処理部３などのデジタル処理部とを結ぶアナログ回路である。ＡＦＥ２は、センサ１（受光部１３）からの光信号をデジタル変換し、ノイズ処理部３に渡す。また、センサ制御部４からの制御信号を受取り、電気信号に変換し、センサ部１に渡す。センサ１内のＲ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２、および受光部１３は、この電気信号に基づき、発光強度および受光感度を調整する。また、発光するタイミングなど、その他の設定も制御されてもよい。
【００１６】
ノイズ処理部３は、取得したデジタル光信号に基づいて、Ｓｐ０２などの算出処理が実行可能か否かについて判断する。まずノイズ処理部３は、デジタル光信号に対し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ変換）を行い、スペクトルを算出し、周波数領域の信号に変換する。
【００１７】
周波数領域に変換された周波数領域信号には、動脈血の脈拍成分と、ノイズが含まれている。ノイズには、測定対象の生体の動きなどにより生じる生体ノイズと、外光による外光ノイズが含まれる。これらのノイズが多く含まれていた場合、ノイズを除去する処理を行っても、Ｓｐ０２などの算出処理の精度は低く、またノイズの除去処理も複雑となる。ゆえに、ノイズ処理部３は、ノイズを除去する前に、当該ノイズの量が許容範囲であるかを判定し、許容可能であれば算出処理を行ってもよいと判断する。
【００１８】
ノイズ量の許容可否の判定は、周波数領域信号のスペクトル強度の極大点（ピーク）に基づいて行われる。ノイズ処理部３は、まず脈拍成分を検出する。脈拍成分は、周波数スペクトル分布において、基本周波数の整数倍の位置にピークを形成することが知られている。ゆえに、ノイズ処理部３は、周波数領域信号のピークのうち、当該周波数を整数倍した周波数においてもピークとなっている周波数を脈拍成分として検出する。
【００１９】
次に、ノイズ処理部３は、周波数領域信号のピークについて、第１番目に大きいピークから第ｎ（ｎは１以上の整数）番目に大きいピークまでの各ピークを認識する。そして、脈拍成分のピークの大きさと、認識した各ピークの大きさとの比率に基づき、ノイズ量が許容範囲であるかの判定を行う。
【００２０】
図２は、ノイズ量が許容範囲であるかの判定を説明する図である。図２では、ノイズ処理部３は、１番目から３番目までの大きいピークを認識している。図２（Ａ）はノイズ量が少ない場合を、図２（Ｂ）はノイズ量が多い場合を示す。ここでは、第１番目に大きいピークが脈拍成分であるとし、ノイズ処理部３は、脈拍成分のピークと第２番目に大きいピーク、および脈拍成分のピークと第３番目に大きいピークとの比率を取得する。ここでは、比率は、脈拍成分以外の各ピーク値を、脈拍成分のピーク値にて除算したものとする。
【００２１】
図２（Ａ）のようなノイズが少ない場合では、ＦＦＴによる周波数解析を実施すると、脈拍成分の周波数近辺に大きなピークが立ち、その他の周波数におけるピークは小さくなる。他のピークが小さい場合は、算出した各比率は０（ゼロ）に近くなる。一方、図２（Ｂ）のようにノイズが多い場合では、周波数解析を実施すると、脈拍以外の周波数においてもピークが立ち、場合によっては脈拍成分以上のピークとなる。ゆえに、脈拍成分が最も大きいピークの場合では、算出した各比率は１に近くなり、脈拍成分が最も大きいピークでない場合では、１以上の比率も存在する。したがって、算出した比率が予め定められた閾値Ｔｈよりも大きい場合はノイズが大きく、小さい場合はノイズが小さいと判断することができる。
【００２２】
また、ある周波数のピークだけが突出して高い場合には、そのピークだけを取り除けば済むため、複数のピークが閾値を超えているかを判断する必要がある。ゆえに、ノイズ処理部３は、第ｎ番目に大きいピークまでの各ピークを考慮する。この際、当該閾値も変動させてよい。例えば、２番目に大きいピークとの比較では閾値は０．５であるが、３番目に大きいピークとの比較では閾値は０．３とするというように、閾値は任意に変更してよい。また、閾値は一定にし、閾値を超えるピークの数が一定数を超えるかにより、判定を行ってもよい。
【００２３】
ノイズ処理部３は、ノイズ量が許容不可と判定した場合は、センサの発光強度と受光感度を調節して、新たなデータを取得するために、センサ制御部４にその旨を指示する。逆に、ノイズ量が許容可能と判定した場合は、デジタル光信号に対し、ノイズ除去の処理を行う。ノイズ除去の処理は、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタなどにて実現することができる。
【００２４】
なお、ノイズ処理部３は、ノイズ判定を行う前に、Ｒ＿ＬＥＤ１１およびＩＲ＿ＬＥＤ１２の発光強度が条件を満たしているかを判断してもよい。Ｒ＿ＬＥＤ１１とＩＲ＿ＬＥＤ１２は、省電力のために、当初は最小の発光強度にて発光する。しかし、測定部位、測定状況などにより、最小の発光強度では、測定に不適な場合もあり得る。ゆえに、Ｒ＿ＬＥＤ１１およびＩＲ＿ＬＥＤ１２の発光強度が設定などから判別できる場合、または受光部１３が受光した光の強度を測定できる場合などでは、ノイズ判定を行う前に、Ｒ＿ＬＥＤ１１とＩＲ＿ＬＥＤ１２の発光強度を、予め定められた上限値Ｔｈｈと下限値Ｔｈｌの範囲内に含まれているかを判定してもよい。これにより、適切な発光強度にて、より迅速に測定を行うことができる。なお、上限値Ｔｈｈと下限値Ｔｈｌは任意に定めてよい。
【００２５】
センサ制御部４は、Ｒ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２、受光部１３に対する制御信号を生成する。Ｒ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２は、前述のとおり、発光強度を調節することができ、センサ制御部４は、その発光強度を指示する。また、受光部１３は、前述のとおり、受光感度を調節することができ、センサ制御部４は、その受光感度を指示する。これらの指示は、ＡＦＥ２を介してセンサ部１に送られる。また、ここでは、初期状態において、発光強度を最小にしているので、受光感度は高目に設定されている。そのため、外光ノイズを多く拾った可能性があるため、受光感度は低くする方向で調整される。
【００２６】
算出部５は、ノイズ処理部３から取得した赤色光および赤色外光の透過光量の変動成分の比率に基づき、酸素飽和度、脈波、血圧、血中総ヘモグロビン量、血中一酸化炭素濃度などの生体情報を算出する。算出は公知の手法を用いればよい。
【００２７】
次に、本実施形態の処理フローについて具体的に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置の全体処理の概略フローチャートである。当該処理は、測定装置の電源起動時、またはユーザから操作開始の指示などのタイミングで開始されるものとする。
【００２８】
処理が開始されると、Ｒ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２は、所定の計測タイミングが否かを判断した上で（Ｓ１０１）、所定の計測タイミングにて発光する（Ｓ１０２）。発された光は生体に反射し、受信部１３が受光する（Ｓ１０３）。受光による光信号は、ＡＦＥ２を介して、ノイズ処理部３に渡される。
【００２９】
ノイズ処理部３は、Ｒ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２の発光強度、または受光部１３の受光強度が下限値Ｔｈｌと上限値Ｔｈｈの許容範囲内かそれぞれ確認し、範囲内でないならば（Ｓ１０４のＮＯ）、Ｒ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２の発光強度の増加または減少を指示する（Ｓ１０５）。当該指示は、センサ制御部４とＡＦＥ２を介して、Ｒ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２に送られる。Ｒ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２は、次の計測タイミングにて、指示された発光強度にて発光する。または、Ｒ＿ＬＥＤ１１、ＩＲ＿ＬＥＤ１２は、発光強度を一定値増加または減少させて発光し、再度発光強度の増加または減少の指示を受けることを繰り返すことで、徐々に発光強度を増加または減少させてもよい。
【００３０】
発光強度または受光強度が許容範囲内であるときは（Ｓ１０４のＹＥＳ）、ノイズ処理部３は、データをバッファに保存する（Ｓ１０６）。バッファに保存されたデータ量がＦＦＴを行うのに不十分なときは（Ｓ１０７のＮＯ）、ノイズ処理部３はＦＦＴを行わず、十分なデータが溜まるまで、上記Ｓ１０１からＳ１０６までの処理が繰り返される。なお、バッファはノイズ処理部３が有していればよいが、算出部５が有していてもよい。
【００３１】
データ量がＦＦＴを行うのに十分なデータが溜まったときは、ノイズ処理部３は、ＦＦＴを行い、周波数領域信号を生成する（Ｓ１０８）。そして、周波数領域信号からｎ倍成分を算出し、脈拍成分を検出する（Ｓ１０９）。また、周波数領域信号から、第１番目から第ｎ番目まで大きいパワーのピークを取得する（Ｓ１１０）。
【００３２】
ノイズ処理部３は、脈拍成分のピークと、脈拍成分以外の各ピークとの比率を算出し、所定の閾値Ｔｈを超えるかを判断する。閾値Ｔｈを越えた場合は（Ｓ１１１）、ノイズが多いと判定し、判定結果をセンサ制御部４に送る。センサ制御部４は、受光部１３の受光感度の減少を指示する（Ｓ１１２）。また、Ｒ＿ＬＥＤ１１とＩＲ＿ＬＥＤ１２の発光強度の増加を指示する（Ｓ１１３）。Ｓ１１２とＳ１１３の指示はどちらか一方でもよい。ノイズが多いと判定されたデータは不要とするため、ノイズ処理部３は、バッファをクリアする（Ｓ１１４）。
【００３３】
各ピークの比率が閾値を越えない場合（Ｓ１１１のＹＥＳ）は、ノイズが少ないと判定し、ノイズ処理部３は、ノイズの除去を行う（Ｓ１１５）。そして、ノイズが除去された光信号は、算出部５に送られ、算出部５がＳｐＯ２などを算出する（Ｓ１１６）。ＳｐＯ２が算出された後は、測定を続けるかを判断し、測定を続けないと判断した場合は（Ｓ１１７のＹＥＳ）、センサ制御部４が、ＡＦＥ２を介して、センサ部１の発光と受光の処理を停止させる。以上が、概略処理のフローとなる。
【００３４】
なお、ノイズ処理部３は、ノイズ処理部３の各処理を独立して行う処理部を有していてもよい。例えば、ＦＦＴにより光信号を周波数領域に変換した周波数領域信号を生成する変換部と、周波数領域信号における周波数成分に基づき脈拍成分を識別する脈拍識別部と、周波数領域信号において、スペクトル強度のピークが第１番目に大きいピークから第ｎ番目に大きいピークまでのピークを認識するピーク認識部と、脈拍成分におけるピークと、前記第１から第ｎまでのうち脈拍成分以外の各ピークとの比率に基づき、ノイズ量を判断し、前記許容可否を判定する判定部を有し、上記フローチャートの各処理（Ｓ１０８からＳ１１１）を行わせてもよい。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、センサの発光強度と受光感度を制御し、ノイズ量を減らしたデータを用いることにより、測定の精度を安定させることができる。また、センサの発光強度を初めは最小にして調整を行うことができ、電力消費を抑えることができる。
【００３６】
また、上記に説明した実施形態における各処理は、ソフトウェア（プログラム）によって実現することが可能である。よって、上記に説明した実施形態における生体情報測定装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用い、コンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することが可能である。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る生体情報測定装置を実現したハードウェア構成例を示すブロック図である。生体情報測定装置は、プロセッサ６１、主記憶装置６２、補助記憶装置６３、デバイスインタフェース６４、ネットワークインタフェース６５、入力装置６６、出力装置６７を備え、これらがバス６８を介して接続されたコンピュータ装置６として実現できる。
【００３８】
プロセッサ６１が、補助記憶装置６３からプログラムを読み出して、主記憶装置６２に展開して、実行することで、ノイズ処理部３と、センサ制御部４と、算出部５の機能を実現することができる。
【００３９】
本実施形態の生体情報測定装置は、当該生体情報測定装置で実行されるプログラムをコンピュータ装置に予めインストールすることで実現してもよいし、プログラムをＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して配布して、コンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。
【００４０】
主記憶装置６２は、プロセッサ６１が実行する命令、および各種データ等を一時的に記憶するメモリ装置であり、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリでも、ＭＲＡＭ等の不揮発性メモリでもよい。補助記憶装置６３は、プログラムやデータ等を永続的に記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等がある。
【００４１】
デバイスインタフェース６４は、出力結果などを記録する外部装置（外部記憶媒体）７と接続するＵＳＢなどのインタフェースである。外部記憶媒体は、ＨＤＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の任意の記録媒体でよい。また、デバイスインタフェース６４を介して、センサ１と接続されていてもよい。
【００４２】
ネットワークインタフェース６５は、無線ＬＡＮなどのネットワークに接続するためのインタフェースである。算出したＳｐＯ２の結果などは、ネットワークインタフェース６５を介して、他の通信装置に送信してもよい。
【００４３】
入力装置６６は、ユーザからの測定開始などの情報を入力するボタンなどが考えられる。また出力装置６７は、出力結果を音声、画像などにて表示する表示装置などが考えられる。
【００４４】
上記に、本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１  センサ部
１１  Ｒ＿ＬＥＤ（ＲＥＤ  ＬＥＤ）
１２  ＩＲ＿ＬＥＤ（ＩＮＦＲＡＲＥＤ  ＬＥＤ）
１３  受光（ＰＤ）部
２  ＡＦＥ
３  ノイズ処理部
４  センサ制御部
５  算出部
６  コンピュータ装置
６１  プロセッサ
６２  主記憶装置
６３  補助記憶装置
６４  デバイスインタフェース
６５  ネットワークインタフェース
６６  入力装置
６７  出力装置
６８  バス
７  外部装置（外部記憶媒体）
【図１】
2017093507.tif 000003
【図２】
2017093507.tif 000004
【図３】
2017093507.tif 000005
【図４】
2017093507.tif 000006