JP6420117B2 - Biological information acquisition apparatus, wristwatch terminal, and biological information acquisition method - Google Patents
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Description
本発明は、生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法に関し、特に生体に光を照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を導き出す生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法に関する。 The present invention relates to a biological information acquisition device, a wristwatch terminal, and a biological information acquisition method, and more particularly to a biological information acquisition device that derives a pulse wave of a biological body based on a detection signal obtained by irradiating light on the biological body, a wristwatch terminal, and biological information acquisition. Regarding the method.
所定の波長の光を生体に照射すると当該光が生体の表皮、真皮表面、末梢血管、脂肪、動脈などで散乱(反射・透過)する。血管の脈は一定時間内に周期的な動きを行うことから、得られる反射光又は生体を透過する透過光から対応する周期的な動きを観測することができる。そこで、近年では、このような反射光や透過光を解析することにより、脈波を測定することが行われている。 When a living body is irradiated with light of a predetermined wavelength, the light is scattered (reflected / transmitted) by the epidermis, dermis surface, peripheral blood vessels, fat, arteries, etc. of the living body. Since the blood vessel pulse periodically moves within a predetermined time, the corresponding periodic motion can be observed from the obtained reflected light or transmitted light that passes through the living body. Therefore, in recent years, pulse waves have been measured by analyzing such reflected light and transmitted light.
ここで、特許文献1には、体動ノイズを取り除くために、近赤外光を生体に照射して得た血管での反射光量の検出信号から近赤外光より短い波長の光を生体に照射して得た皮膚表面での反射光量の検出信号を減じて脈波を導き出す技術が開示されている。 Here, in Patent Document 1, in order to remove body motion noise, light with a wavelength shorter than that of near-infrared light is applied to a living body from a detection signal of the amount of light reflected by a blood vessel obtained by irradiating the living body with near-infrared light. A technique for deriving a pulse wave by reducing a detection signal of the amount of reflected light on the skin surface obtained by irradiation is disclosed.
特許文献1の技術は、体動ノイズを取り除くことができるように工夫されているが、体動ノイズは脈波に付加されるノイズ全体の4〜5%でしかなく、体動ノイズを取り除いても脈波測定の精度を大きく向上させることができない。 Although the technique of patent document 1 is devised so that body movement noise can be removed, body movement noise is only 4 to 5% of the whole noise added to a pulse wave, and body movement noise is removed. However, the accuracy of pulse wave measurement cannot be greatly improved.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、精度良く脈波を測定することができる生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a biological information acquisition device, a wristwatch terminal, and a biological information acquisition method capable of measuring pulse waves with high accuracy. .
本発明の一形態に係る生体情報取得装置は、
生体に第1の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出する第1の検出部と、
前記生体に第2の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出する第2の検出部と、
前記生体に前記第1の波長の光を照射して得た検出信号から前記生体に前記第2の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて前記生体の脈波を導き出す処理部と、
を備える。
A biological information acquisition apparatus according to an aspect of the present invention is provided.
A first detector that irradiates a living body with light of a first wavelength and detects reflected light or transmitted light from the living body;
A second detector for irradiating the living body with light of a second wavelength to detect reflected light or transmitted light from the living body;
The pulse wave of the living body based on a subtraction value obtained by subtracting the detection signal obtained by irradiating the living body with light of the second wavelength from the detection signal obtained by irradiating the living body with light of the first wavelength. A processing unit for deriving
Is provided.
本発明の一形態に係る生体情報取得方法は、
生体に第1の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出するステップと、
前記生体に第2の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出するステップと、
前記生体に前記第1の波長の光を照射して得た検出信号から前記生体に前記第2の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて前記生体の脈波を導き出すステップと、
を備える。
A biological information acquisition method according to an aspect of the present invention includes:
Irradiating a living body with light of a first wavelength to detect reflected light or transmitted light from the living body;
Irradiating the living body with light of a second wavelength to detect reflected light or transmitted light from the living body;
The pulse wave of the living body based on a subtraction value obtained by subtracting the detection signal obtained by irradiating the living body with light of the second wavelength from the detection signal obtained by irradiating the living body with light of the first wavelength. Steps to derive
Is provided.
本発明の一形態に係る生体情報取得装置は、
基板と、
前記基板上に設けられた光源及び受光器の何れか一方と、
前記基板上に設けられ、前記光源及び前記受光器の何れか一方を中心とした二重以上の略同心円上に夫々少なくとも一個配置された複数の他方の前記光源又は前記受光器と、
前記受光器が受光した生体での反射光又は透過光の検出信号に基づいて前記生体の脈波を導き出す処理部と、
を備える。
A biological information acquisition apparatus according to an aspect of the present invention is provided.
A substrate,
Either one of a light source and a light receiver provided on the substrate;
A plurality of other light sources or light receivers provided on the substrate, each disposed at least one on a substantially concentric circle of two or more around the light source or the light receiver;
A processing unit for deriving a pulse wave of the living body based on a detection signal of reflected light or transmitted light from the living body received by the light receiver;
Is provided.
以上、説明したように、本発明によると、精度良く脈波を測定することができる生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a biological information acquisition device, a wristwatch terminal, and a biological information acquisition method that can accurately measure a pulse wave.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
<第1の実施の形態>
先ず、本実施の形態の生体情報取得装置及び生体情報取得方法を概略的に説明する。本実施の形態の生体情報取得装置及び生体情報取得方法は、第1の波長の光を生体に照射して得た血管での反射光又は透過光の検出信号(即ち、出力波形)から、第2の波長の光を生体に照射して得た、ノイズとして大きい真皮近傍での反射光又は透過光の検出信号を減じた減算値に基づいて生体の脈波を得る。これにより、ノイズの少ない検出信号を得ることができ、生体の脈波、ひいては生体の血圧を精度良く測定することができる。
<First Embodiment>
First, the biological information acquisition apparatus and biological information acquisition method of this embodiment will be schematically described. The biological information acquisition apparatus and the biological information acquisition method of the present embodiment use a detection signal (that is, an output waveform) of reflected light or transmitted light from a blood vessel obtained by irradiating the living body with light of the first wavelength. A pulse wave of the living body is obtained based on a subtraction value obtained by irradiating the living body with light having a wavelength of 2 and subtracting a detection signal of reflected light or transmitted light in the vicinity of the dermis that is large as noise. As a result, a detection signal with less noise can be obtained, and the pulse wave of the living body and thus the blood pressure of the living body can be measured with high accuracy.
次に、本実施の形態の生体情報取得装置を詳細に説明する。図1は、本実施の形態の生体情報取得装置を模式的に示すブロック図である。図2は、本実施の形態の生体情報取得装置におけるセンサユニットを模式的に示す平面図である。図3は、本実施の形態の生体情報取得装置における光源から出射された光が生体を介して受光器で受光される様子を模式的に示す図である。 Next, the biological information acquisition apparatus of this embodiment will be described in detail. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a biological information acquisition apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing a sensor unit in the biological information acquisition apparatus of the present embodiment. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a state in which light emitted from the light source in the biological information acquisition apparatus according to the present embodiment is received by the light receiver via the living body.
生体情報取得装置1は、例えばウェアラブル式端末に設けられる生体情報取得装置であって、手首などに装着されるものである。生体情報取得装置1は、図1に示すように、センサユニット10、AFE(Analog Front End)20、処理装置30及び表示部40を備えている。 The biometric information acquisition apparatus 1 is a biometric information acquisition apparatus provided in a wearable terminal, for example, and is worn on a wrist or the like. As shown in FIG. 1, the biological information acquisition apparatus 1 includes a sensor unit 10, an AFE (Analog Front End) 20, a processing device 30, and a display unit 40.
センサユニット10は、第1の検出部11及び第2の検出部12を備えており、処理装置30からの制御信号に基づいて動作する。第1の検出部11は、検出光として赤色光又は赤外光(IR:例えば、波長780nm以上1100nm以下)を出射する光源及び当該検出光が生体内で反射した光又は透過した光を受光する受光器を備えている。 The sensor unit 10 includes a first detection unit 11 and a second detection unit 12 and operates based on a control signal from the processing device 30. The first detection unit 11 receives a light source that emits red light or infrared light (IR: for example, a wavelength of 780 nm or more and 1100 nm or less) as detection light, and light reflected or transmitted by the detection light in the living body. It has a light receiver.
第2の検出部12は、検出光として緑色光(例えば、波長495nm以上570nm以下)を出射する光源及び当該検出光が生体内で反射した光又は透過した光を受光する受光器を備えている。 The second detection unit 12 includes a light source that emits green light (for example, a wavelength of 495 nm or more and 570 nm or less) as detection light and a light receiver that receives light reflected or transmitted through the living body. .
第1の検出部11及び第2の検出部12の光源としては、例えばLED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)などの発光素子を用いることができる。第1の検出部11及び第2の検出部12の受光器としては、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)などの受光素子を用いることができる。受光器は、受光した光の強度を示す信号を光電変換してAFE20に出力する。 As light sources of the first detection unit 11 and the second detection unit 12, for example, light emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diodes) and LDs (Laser Diodes) can be used. As the light receivers of the first detection unit 11 and the second detection unit 12, a light receiving element such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor image sensor (CMOS) can be used. The light receiver photoelectrically converts a signal indicating the intensity of the received light and outputs the signal to the AFE 20.
本実施の形態のセンサユニット10は、第1の検出部11において赤色光や赤外光を生体に照射して血管で反射した反射光を受光し、第2の検出部12において緑色光を生体に照射して真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射した反射光を受光する。 The sensor unit 10 according to the present embodiment receives reflected light reflected by a blood vessel by irradiating the living body with red light or infrared light in the first detection unit 11, and receives green light in the second detection unit 12. The reflected light reflected by peripheral blood vessels and fats near the dermis is received.
詳細には、センサユニット10は、図2に示すように、共通の基板13上に検出光として赤色光又は赤外光を出射する第1の光源111、検出光として緑色光を出射する第2の光源121、同じく検出光として緑色光を出射する第3の光源122及び受光器112を備えている。つまり、本実施の形態のセンサユニット10は、一つの第1の検出部11及び二つの第2の検出部12を備えており、二つの第2の検出部12の受光器としては第1の検出部11の受光器112を共通に用いている。これにより、受光器112の個数を削減することができ、センサユニット10を小型化することができる。 Specifically, as shown in FIG. 2, the sensor unit 10 includes a first light source 111 that emits red light or infrared light as detection light on a common substrate 13, and a second light source that emits green light as detection light. , A third light source 122 that emits green light as detection light, and a light receiver 112. That is, the sensor unit 10 of the present embodiment includes one first detection unit 11 and two second detection units 12, and the first light receiver of the two second detection units 12 is the first. The light receiver 112 of the detection unit 11 is commonly used. Thereby, the number of light receivers 112 can be reduced, and the sensor unit 10 can be reduced in size.
ここで、一般的に受光器と光源との距離は光の生体内への深達度と対応する。そこで、本実施の形態では、図3に示すように、受光器112から離れる方向に第3の光源122、第2の光源121、第1の光源111の順で配置することで、真皮より生体の内部に存在する血管の反射光を得るために用いる第1の光源111を第2の光源121及び第3の光源122より受光器112から離れた位置に配置している。これにより、血管での反射光を良好に受光することができる。ちなみに、図3では、光の照射領域をハッチング部分で示している。なお、各光源111、121、122の間隔は、出射光の波長などに基づいて適宜設定される。 Here, the distance between the light receiver and the light source generally corresponds to the depth of penetration of light into the living body. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the third light source 122, the second light source 121, and the first light source 111 are arranged in this order in the direction away from the light receiver 112, so The first light source 111 used for obtaining the reflected light of the blood vessel existing inside is disposed at a position farther from the light receiver 112 than the second light source 121 and the third light source 122. Thereby, the reflected light in the blood vessel can be received well. Incidentally, in FIG. 3, the light irradiation area is shown by hatching. The intervals between the light sources 111, 121, and 122 are appropriately set based on the wavelength of the emitted light.
また、本実施の形態の第1の光源111、第2の光源121及び第3の光源122は、図2に示すように、略直線上に略等しい間隔で配置されている。これにより、生体情報取得装置1を生体に装着する際に、第1の光源111、第2の光源121及び第3の光源122を略等しい血管上に配置することができ、脈波の測定精度を向上させることができる。 Moreover, the 1st light source 111 of this Embodiment, the 2nd light source 121, and the 3rd light source 122 are arrange | positioned at the substantially equal space | interval on a substantially straight line, as shown in FIG. Thereby, when the biological information acquisition apparatus 1 is mounted on a living body, the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 can be arranged on substantially equal blood vessels, and the measurement accuracy of pulse waves Can be improved.
AFE20は、アンプ21、ノイズ除去フィルタ22及びADC(Analog Digital Converter)23を備えている。アンプ21は、センサユニット10からの検出信号を増幅する。ノイズ除去フィルタ22は、アナログフィルタであり、アナログ処理によってアンプ21で増幅された検出信号のノイズを除去する。例えば、ノイズ除去フィルタ22はローパスフィルタやハイパスフィルタなどのLCフィルタである。 The AFE 20 includes an amplifier 21, a noise removal filter 22, and an ADC (Analog Digital Converter) 23. The amplifier 21 amplifies the detection signal from the sensor unit 10. The noise removal filter 22 is an analog filter and removes noise of the detection signal amplified by the amplifier 21 by analog processing. For example, the noise removal filter 22 is an LC filter such as a low-pass filter or a high-pass filter.
ADC23は、ノイズ除去フィルタ22でノイズ除去された検出信号をデジタル信号に変換する。そして、ADC23は、デジタル信号に変換された検出信号を処理装置30に出力する。ADC23は、所定のサンプリング周期でサンプリングされたデジタル値を検出信号として出力する。 The ADC 23 converts the detection signal from which noise has been removed by the noise removal filter 22 into a digital signal. Then, the ADC 23 outputs the detection signal converted into the digital signal to the processing device 30. The ADC 23 outputs a digital value sampled at a predetermined sampling period as a detection signal.
処理装置30は、例えば、マイコンであり、CPU(Central Processing Unit)31、メモリ32、デジタルフィルタ33及びパワーマネジメントユニット34を備えている。メモリ32は、所定のプログラムを格納している。CPU31は、メモリ32に格納されたプログラムを読み出して、実行する。こうすることで、処理装置30は、AFE20からの検出信号に基づいて、血圧(SBP、DBP)などを測定し、測定した血圧などを示す信号を表示部40に出力する。なお、処理装置30は、血圧以外の健康指標、例えばAI(動脈硬化指数)値を測定するようにしてもよい。 The processing device 30 is, for example, a microcomputer, and includes a CPU (Central Processing Unit) 31, a memory 32, a digital filter 33, and a power management unit 34. The memory 32 stores a predetermined program. The CPU 31 reads and executes a program stored in the memory 32. By doing so, the processing device 30 measures blood pressure (SBP, DBP) and the like based on the detection signal from the AFE 20, and outputs a signal indicating the measured blood pressure and the like to the display unit 40. In addition, you may make it the processing apparatus 30 measure health indexes other than blood pressure, for example, AI (arteriosclerosis index) value.
デジタルフィルタ33は、第1の光源111から検出光を生体に照射して得た検出信号から、第2光源121又は第3の光源122から検出光を生体に照射して得た検出信号を減じる処理を行う。ここで、検出信号には、血管の脈動に応じた脈波が繰り返し現れるため、検出信号に基づいて生体の脈波を得ることができる。 The digital filter 33 subtracts the detection signal obtained by irradiating the living body with the detection light from the second light source 121 or the third light source 122 from the detection signal obtained by irradiating the living body with the detection light from the first light source 111. Process. Here, since the pulse wave corresponding to the pulsation of the blood vessel repeatedly appears in the detection signal, the pulse wave of the living body can be obtained based on the detection signal.
パワーマネジメントユニット34は、センサユニット10に供給する電源を制御する。例えば、パワーマネジメントユニット34は、各光源111、121、122に所定の駆動電流を供給して、各光源111、121、122を所定の強度で発光させる。さらに、パワーマネジメントユニット34は、各光源111、121、122に電流を供給するタイミングを制御して、各光源111、121、122を所定のタイミングで間欠的に発光させるようにしてもよい。 The power management unit 34 controls the power supplied to the sensor unit 10. For example, the power management unit 34 supplies a predetermined drive current to each of the light sources 111, 121, and 122 to cause each of the light sources 111, 121, and 122 to emit light with a predetermined intensity. Furthermore, the power management unit 34 may control the timing of supplying current to each of the light sources 111, 121, and 122 so that each of the light sources 111, 121, and 122 emits light intermittently at a predetermined timing.
表示部40は、処理装置30からの信号に示された生体の脈波や血圧などの情報を出力する。表示部40としては、例えば液晶ディスプレイやEL(Electro Luminescence)ディスプレイを用いることができる。 The display unit 40 outputs information such as the pulse wave and blood pressure of the living body indicated in the signal from the processing device 30. As the display unit 40, for example, a liquid crystal display or an EL (Electro Luminescence) display can be used.
次に、上述の生体情報取得装置1を用いた生体情報取得方法を説明する。なお、本実施の形態の生体情報取得方法は、生体の脈波に基づいて血圧を測定する。ここで、図4は、本実施の形態の生体情報取得方法を示すフローチャート図である。図5は、赤色光又は赤外光と緑色光との発光タイミングを示す図である。図6は、赤色光又は赤外光と緑色光との異なる発光タイミングを示す図である。図7は、処理装置に入力される第1の検出部の検出信号を例示的に示す図である。図8は、第1の検出部の検出信号から第2の検出部の検出信号を減じた減算値の波形の一例を示し、減算値と、減算値から抽出される特徴点の一例を示す図である。図9は、抽出した特徴点及び回帰直線に基づいて生体の血圧を導き出すための図である。 Next, a biometric information acquisition method using the biometric information acquisition apparatus 1 described above will be described. In addition, the biological information acquisition method of this Embodiment measures a blood pressure based on the pulse wave of a biological body. Here, FIG. 4 is a flowchart showing the biometric information acquisition method of the present embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating light emission timings of red light or infrared light and green light. FIG. 6 is a diagram illustrating different emission timings of red light or infrared light and green light. FIG. 7 is a diagram exemplarily showing a detection signal of the first detection unit input to the processing apparatus. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a waveform of a subtraction value obtained by subtracting the detection signal of the second detection unit from the detection signal of the first detection unit, and a diagram illustrating an example of the subtraction value and a feature point extracted from the subtraction value. It is. FIG. 9 is a diagram for deriving the blood pressure of the living body based on the extracted feature points and the regression line.
先ず、生体情報取得装置1を例えばバントなどにより生体の手首に装着し、図4に示すように、第1の光源111、第2の光源121、第3の光源122の検出光を夫々生体に照射し、生体からの反射光を受光器112で受光する(S1)。 First, the biological information acquisition apparatus 1 is attached to the wrist of a living body using, for example, a bunt, and the detection light of the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 is respectively applied to the living body as shown in FIG. The reflected light from the living body is received by the light receiver 112 (S1).
詳細には、第1の光源111、第2の光源121、第3の光源122の発光期間が重ならないように、処理装置30からの制御信号に基づいて、第1の光源111、第2の光源121、第3の光源122が所定の周期で所定の期間、発光する。 Specifically, the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 are controlled based on a control signal from the processing device 30 so that the light emission periods of the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 do not overlap. The light source 121 and the third light source 122 emit light for a predetermined period with a predetermined cycle.
本実施の形態では、予め生体の脈波をサンプリングしておき、図5に示すように、先ず第1の光源111を脈波の略一周期期間、発光させ、その後、第2の光源121を同じく脈波の略一周期期間、発光させる。さらに、第3の光源122を当該脈波の略一周期期間、発光させる。 In this embodiment, the pulse wave of the living body is sampled in advance, and as shown in FIG. 5, first, the first light source 111 is caused to emit light for substantially one period of the pulse wave, and then the second light source 121 is turned on. Similarly, light is emitted for substantially one period of the pulse wave. Further, the third light source 122 is caused to emit light for substantially one cycle period of the pulse wave.
つまり、脈波の略一周期毎に第1の光源111、第2の光源121、第3の光源122を順に生体に照射する。これにより、第1の光源111、第2の光源121、第3の光源122を夫々、検出信号の強度が略等しい時から略等しい期間、生体に照射することができる。 That is, the living body is irradiated with the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 in order for each period of the pulse wave. Thereby, the living body can be irradiated with the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 from the time when the intensity of the detection signal is approximately equal to the period of time that is approximately equal.
但し、一周期の開始点は、脈波の極小点でなくてもよく、特に限定されない。また、本実施の形態では、第1の光源111、第2の光源121、第3の光源122を夫々一周期の全期間内で照射しているが、例えば、図6に示すように、第1の光源111、第2の光源121、第3の光源122の検出光を脈波と略等しい周期で間欠的に等しい期間出射してもよい。これにより、第1の光源111、第2の光源121及び第3の光源122の消費電源を抑制することができる。また、光源の発光順は、特に限定されず、第1の光源111、第2の光源121及び第3の光源122の発光が一組となっていればよい。 However, the start point of one cycle may not be the minimum point of the pulse wave, and is not particularly limited. In the present embodiment, the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 are each irradiated within the entire period of one cycle. For example, as shown in FIG. The detection light of the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 may be emitted intermittently for an equal period with a period substantially equal to the pulse wave. Thereby, power consumption of the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 can be suppressed. Further, the order of light emission of the light sources is not particularly limited, and it is sufficient that the light emission of the first light source 111, the second light source 121, and the third light source 122 is a set.
上述のように赤色光や赤外光は血管で反射し、緑色光は真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射する。そのため、図3に示すように、第1の光源111から生体に照射された検出光は血管で反射し、反射光が受光器112で受光される。また、第2の光源121から生体に照射された検出光は真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射し、反射光が受光器112で受光される。さらに、第3の光源122から生体に照射された検出光は真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射し、反射光が受光器112で受光される。受光器112は、受光した光の強度を示す信号を光電変換してアナログ信号をAFE20に出力する。 As described above, red light and infrared light are reflected by blood vessels, and green light is reflected by peripheral blood vessels and fats near the dermis. Therefore, as shown in FIG. 3, the detection light irradiated on the living body from the first light source 111 is reflected by the blood vessel, and the reflected light is received by the light receiver 112. Further, the detection light irradiated on the living body from the second light source 121 is reflected by peripheral blood vessels or fats near the dermis, and the reflected light is received by the light receiver 112. Further, the detection light irradiated on the living body from the third light source 122 is reflected by peripheral blood vessels or fats near the dermis, and the reflected light is received by the light receiver 112. The light receiver 112 photoelectrically converts a signal indicating the intensity of the received light and outputs an analog signal to the AFE 20.
次に、AFE20は、センサユニット10から入力された検出信号を処理する(S2)。詳細には、AFE20のアンプ21は、処理装置30の制御信号に基づいて、センサユニット10から入力された検出信号を増幅する。そして、AFE20のノイズ除去フィルタ22は、処理装置30の制御信号に基づいて、増幅された検出信号をフィルタリング処理してノイズを除去する。さらに、AFE20のADC23は、処理装置30の制御信号に基づいて、ノイズが除去された検出信号をデジタル処理し、デジタル処理した検出信号を処理装置30に出力する。例えば、AFE20のADC23は、図7に示すような波形を有する第1の検出部11の検出信号を処理装置30に出力する。 Next, the AFE 20 processes the detection signal input from the sensor unit 10 (S2). Specifically, the amplifier 21 of the AFE 20 amplifies the detection signal input from the sensor unit 10 based on the control signal of the processing device 30. The noise removal filter 22 of the AFE 20 removes noise by filtering the amplified detection signal based on the control signal of the processing device 30. Further, the ADC 23 of the AFE 20 digitally processes the detection signal from which noise has been removed based on the control signal of the processing device 30, and outputs the digitally processed detection signal to the processing device 30. For example, the ADC 23 of the AFE 20 outputs the detection signal of the first detection unit 11 having a waveform as shown in FIG.
次に、処理装置30は、AFE20から入力された検出信号に基づいて血圧を測定する(S3)。表皮から血管までの間には、真皮近傍の末梢血管や脂肪などが存在し、このような末梢血管や脂肪などで反射した反射光に基づくノイズが、第1の光源111から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号に含まれる。 Next, the processing device 30 measures the blood pressure based on the detection signal input from the AFE 20 (S3). Between the epidermis and blood vessels, there are peripheral blood vessels and fats near the dermis, and noise based on reflected light reflected by such peripheral blood vessels and fats causes detection light from the first light source 111 to enter the living body. It is included in the detection signal of the reflected light obtained by irradiation.
そこで、処理装置30のデジタルフィルタ33は、第1の光源111から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号から、第2の光源121又は第3の光源122から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号を減じた減算値に基づいて生体の脈波を得る。そして、デジタルフィルタ33は、減算値を示す検出信号(即ち、生体の脈波を示す検出信号)をCPU31に出力する。 Therefore, the digital filter 33 of the processing device 30 converts the detection light from the second light source 121 or the third light source 122 from the reflected light detection signal obtained by irradiating the detection light from the first light source 111 to the living A pulse wave of the living body is obtained based on a subtraction value obtained by subtracting the detection signal of the reflected light obtained by irradiating the light. Then, the digital filter 33 outputs a detection signal indicating a subtraction value (that is, a detection signal indicating a biological pulse wave) to the CPU 31.
これにより、検出光が真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射することに起因するノイズを良好に除去した検出信号を得ることができ、その結果、生体の脈波の測定精度を向上させることができる。 As a result, it is possible to obtain a detection signal in which noise caused by reflection of the detection light by peripheral blood vessels or fats near the dermis is satisfactorily removed, and as a result, it is possible to improve the measurement accuracy of the pulse wave of the living body. it can.
しかも、第1の光源111から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号から、第2の光源121又は第3の光源122から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号を減ずる簡単な処理であるので、処理装置30での演算処理負担を軽減することができる。 In addition, from the detection signal of the reflected light obtained by irradiating the living body with the detection light from the first light source 111, the reflected light obtained by irradiating the living body with the detection light from the second light source 121 or the third light source 122 is used. Since this is a simple process for reducing the detection signal, the processing load on the processing device 30 can be reduced.
ここで、本実施の形態では、第2の光源121から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号、及び第3の光源122から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号のうち、検出信号の強度が強い方を選択し、選択した検出信号を第1の光源111から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号から減ずる。これにより、より精度良く生体の脈波を測定することができる。 Here, in the present embodiment, a detection signal of reflected light obtained by irradiating the living body with detection light from the second light source 121 and reflected light obtained by irradiating the living body with detection light from the third light source 122. Is selected from the detection signals of the reflected light obtained by irradiating the living body with the detection light from the first light source 111. Thereby, the pulse wave of a living body can be measured with higher accuracy.
次に、処理装置30のCPU31は、デジタルフィルタ33から入力された検出信号に基づいて血圧を測定する。詳細には、CPU31は、図8に示すように、第1の光源111から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号から、第2の光源121又は第3の光源122から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号を減じた減算値が正となる期間から脈波の一周期を特定する。なお、以下の説明において、一周期分の脈波を一脈波とする。CPU31は、減算値が負から正となるタイミングが一脈波の開始点として設定する。ちなみに、図8では、下側に減算値による生体の脈波を示し、上側に理想的な生体の脈波の一部を拡大して示している。 Next, the CPU 31 of the processing device 30 measures the blood pressure based on the detection signal input from the digital filter 33. Specifically, as shown in FIG. 8, the CPU 31 detects from the second light source 121 or the third light source 122 from the reflected light detection signal obtained by irradiating the living body with the detection light from the first light source 111. One period of the pulse wave is specified from a period in which the subtracted value obtained by subtracting the detection signal of the reflected light obtained by irradiating the living body with light is positive. In the following description, a pulse wave for one cycle is referred to as a single pulse wave. The CPU 31 sets the timing at which the subtraction value changes from negative to positive as the starting point of one pulse wave. Incidentally, in FIG. 8, the pulse wave of the living body by the subtraction value is shown on the lower side, and a part of the pulse wave of the ideal living body is enlarged on the upper side.
そして、CPU31は減算値に基づいて、一脈波の特徴点を抽出する。CPU31は、一脈波毎に、例えば、最大値、最小値、極大値、極小値、変曲点などを特徴点として抽出する。CPU31は、減算値の波形から特徴点の値、及び時間を算出する。例えば、CPU31は、脈波を微分して速度脈波を求めたり、二回微分して加速度脈波を求めたりすることで、特徴点を算出する。 And CPU31 extracts the feature point of one pulse wave based on a subtraction value. The CPU 31 extracts, for example, a maximum value, a minimum value, a maximum value, a minimum value, an inflection point, and the like as feature points for each pulse wave. The CPU 31 calculates the value of the feature point and the time from the waveform of the subtraction value. For example, the CPU 31 calculates a feature point by differentiating the pulse wave to obtain a velocity pulse wave or obtaining an acceleration pulse wave by differentiating twice.
図8では、一周期における第1のピーク(最大値)がSystolic peak,第2のピーク(極大値)がReflective peakとなる。さらに、第2のピークの後の極小値が収縮期(systolic)と拡張期(Diastolic)との境界を示すノッチとなる。一周期の開始点からsystolic peakまでの時間をS.Timeとする。一周期の開始点からReflective peakをR.Timeとする。一周期の開始点からノッチまでの時間をNotch Timeとする。さらに、CPU31は一周期の最小値を特徴点として抽出する。このように、CPU31は、複数の特徴点における値と時間を算出する。また、本実施の形態では、ノッチでの減算値を基に、最大値、最小値などを補正するようにしてもよい。 In FIG. 8, the first peak (maximum value) in one cycle is the systolic peak, and the second peak (maximum value) is the reflective peak. Furthermore, the minimum value after the second peak is a notch indicating the boundary between systolic and diastolic phases. The time from the start point of one cycle to the systolic peak is defined as S.P. Time. From the start point of one cycle, R.E. Time. The time from the start point of one cycle to the notch is defined as Notch Time. Further, the CPU 31 extracts a minimum value of one cycle as a feature point. Thus, the CPU 31 calculates values and times at a plurality of feature points. In the present embodiment, the maximum value, the minimum value, etc. may be corrected based on the subtraction value at the notch.
CPU31は、一脈波に含まれる複数の特徴点の値、及び時間から特徴量を算出する。本明細書において、特徴量とは、血圧(SBP,DBP)を算出するための値であり、1脈波における特徴点の値、及び時間から導き出される値である。特徴量は予め設定された計算式に基づいて算出することが可能である。 CPU31 calculates a feature-value from the value of several feature points contained in one pulse wave, and time. In this specification, the feature amount is a value for calculating blood pressure (SBP, DBP), and is a value derived from the value of a feature point in one pulse wave and time. The feature amount can be calculated based on a preset calculation formula.
そして、CPU31は、特徴量を血圧に換算する。CPU31は、回帰直線を用いて、特徴量を血圧値に換算する。ここでは、図9に示すように、SBP(収縮期血圧:BP_MAX)と、BP(拡張期血圧:BP_MIN)とを算出するため、二つ回帰直線がメモリ32に格納されている。そして、CPU31は、一脈波に基づいて、SBP用の特徴量とDBP用の特徴量を算出する。そして、CPU31は、回帰直線を用いて二つの特徴量からSBP及びDBPをそれぞれ算出する。このようにして、処理装置30は血圧を導き出し、血圧を示す信号を表示部40に出力する。ちなみに、図9では、右側にBP_MAXを算出するための図を示し、左側にBP_MINを算出するための図を示している。 Then, the CPU 31 converts the feature amount into blood pressure. CPU31 converts a feature-value into a blood-pressure value using a regression line. Here, as shown in FIG. 9, two regression lines are stored in the memory 32 in order to calculate SBP (systolic blood pressure: BP_MAX) and BP (diastolic blood pressure: BP_MIN). Then, the CPU 31 calculates a feature quantity for SBP and a feature quantity for DBP based on the single pulse wave. And CPU31 calculates SBP and DBP from two feature-values using a regression line, respectively. In this way, the processing device 30 derives the blood pressure and outputs a signal indicating the blood pressure to the display unit 40. Incidentally, in FIG. 9, a diagram for calculating BP_MAX is shown on the right side, and a diagram for calculating BP_MIN is shown on the left side.
なお、回帰直線は、予め取得された複数の測定結果を用いて設定されている。すなわち、複数の測定対象者に対して、本実施の形態に係る生体情報取得装置で特徴量を求めるとともに、従来のカフ式の血圧計で血圧値を測定する。これにより、特徴量と血圧値を対応付けたデータベースが構築される。そして、データベースに記憶されたデータに対して回帰分析を行って、回帰直線を求める。 The regression line is set using a plurality of measurement results acquired in advance. That is, for a plurality of measurement subjects, a feature amount is obtained by the biological information acquisition apparatus according to the present embodiment, and a blood pressure value is measured by a conventional cuff sphygmomanometer. Thereby, the database which matched the feature-value and blood-pressure value is constructed | assembled. Then, regression analysis is performed on the data stored in the database to obtain a regression line.
ここで、回帰直線は、性別、及び年代別に設定されていてもよい。例えば、20代男性、20代女性、30代男性、30代女性などのように、性別ごと、年代別に設定されていてもよい。すなわち、年代、性別ごとにデータを取得して、データベースを構築してもよい。 Here, the regression line may be set according to sex and age. For example, it may be set for each gender and age group, such as a male in his 20s, a female in his 20s, a male in his 30s and a female in his 30s. That is, data may be acquired for each age and sex to construct a database.
また、CPU31は、回帰直線に限らず、二次以上の多項式などを用いた回帰曲線を用いて特徴量を血圧に換算してもよい。 In addition, the CPU 31 may convert the feature amount into blood pressure using a regression curve using not only the regression line but also a quadratic or higher polynomial.
さらに、CPU31は、複数の脈波に基づいて、血圧を算出するようにしてもよい。例えば、CPU31は、n個(nは2以上の整数)の脈波のそれぞれについて特徴点を抽出して、特徴量を算出する。これにより、一脈波毎に特徴量が算出されるため、n個の特徴量が算出される。そして、CPU31が、回帰直線を用いて、n個の特徴量をそれぞれ血圧(SBP又はDBP)に換算する。これにより、n個の血圧値が算出される。そして、n個の血圧値の平均値を血圧とすることができる。このように、複数の脈波に基づいて、特徴量を算出することで、測定精度を向上することができる。 Further, the CPU 31 may calculate the blood pressure based on a plurality of pulse waves. For example, the CPU 31 extracts feature points for each of n (n is an integer of 2 or more) pulse waves, and calculates a feature amount. Thereby, since the feature amount is calculated for each pulse wave, n feature amounts are calculated. Then, the CPU 31 converts the n feature amounts into blood pressure (SBP or DBP) using the regression line. Thereby, n blood pressure values are calculated. The average value of the n blood pressure values can be used as the blood pressure. Thus, measurement accuracy can be improved by calculating feature quantities based on a plurality of pulse waves.
さらに、n個の血圧値の最大値、又は最小値を除いて血圧を求めるようにしてもよい。例えば、n個の血圧値のうち、最大値と最小値を除いた(n―2)個の血圧値の平均値を血圧としてもよい。これにより、より測定精度を向上することができる。 Further, the blood pressure may be obtained by removing the maximum value or the minimum value of the n blood pressure values. For example, an average value of (n−2) blood pressure values excluding the maximum value and the minimum value among the n blood pressure values may be used as the blood pressure. Thereby, the measurement accuracy can be further improved.
なお、特徴点が抽出できない一脈波(一周期)については、血圧の算出から除外するようにしてもよい。例えば、ノイズなどの影響によって、特徴量の算出に必要な極大値、極小値がノイズに埋もれてしまい、算出することができない場合、その周期については、特徴量を算出できなくなる。したがって、特徴点が抽出できない一脈波(一周期)については、血圧を換算しないようにすることが好ましい。こうすることで、血圧の測定精度を向上することができる。 Note that one pulse wave (one cycle) for which a feature point cannot be extracted may be excluded from the calculation of blood pressure. For example, when the maximum value and the minimum value necessary for calculating the feature value are buried in noise due to the influence of noise or the like and cannot be calculated, the feature value cannot be calculated for that period. Therefore, it is preferable not to convert the blood pressure for one pulse wave (one cycle) from which feature points cannot be extracted. In this way, blood pressure measurement accuracy can be improved.
このように、CPU31は、減算値を元に脈波の上昇、下降などの傾向を推定して、最大値、最小値、極大値、極小値、変曲点などを特徴点として推定する。そして、CPU31は一脈波毎に、複数の特徴点から特徴量を算出し、データベースによって予め求められた回帰直線を用いて、当該特徴量を血圧値に換算する。 In this way, the CPU 31 estimates the tendency of the pulse wave to rise and fall based on the subtraction value, and estimates the maximum value, the minimum value, the maximum value, the minimum value, the inflection point, and the like as feature points. Then, the CPU 31 calculates a feature amount from a plurality of feature points for each pulse wave, and converts the feature amount into a blood pressure value using a regression line obtained in advance by the database.
次に、表示部40は、処理装置30から入力される信号が示す血圧を出力する(S4)。 Next, the display unit 40 outputs the blood pressure indicated by the signal input from the processing device 30 (S4).
このように本実施の形態では、第1の波長の光を生体に照射して得た血管での反射光又は透過光の検出信号から、第2の波長の光を生体に照射して得た、ノイズとして大きい真皮近傍での反射光又は透過光の検出信号を減じた減算値に基づいて生体の脈波を得る。そのため、ノイズの少ない検出信号を得ることができ、生体の脈波、ひいては生体の血圧を精度良く測定することができる。 As described above, in the present embodiment, the light of the second wavelength is obtained by irradiating the living body with the light of the second wavelength from the detection signal of the reflected light or transmitted light from the blood vessel obtained by irradiating the living body with the light of the first wavelength. A pulse wave of a living body is obtained based on a subtraction value obtained by subtracting a detection signal of reflected light or transmitted light in the vicinity of the dermis that is large as noise. Therefore, a detection signal with less noise can be obtained, and the pulse wave of the living body, and thus the blood pressure of the living body can be accurately measured.
<第2の実施の形態>
本実施の形態では、センサユニットの異なる形態を説明する。図10は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第1の実施の形態の生体情報取得装置1と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。
<Second Embodiment>
In the present embodiment, different forms of the sensor unit will be described. FIG. 10 is a diagram schematically showing the sensor unit of the present embodiment. Note that the same elements as those in the biological information acquisition apparatus 1 of the first embodiment will be described using the same reference numerals, and redundant descriptions will be omitted.
本実施の形態のセンサユニット50は、図10に示すように、第1の光源111、第2の光源121及び第3の光源122を略直線上に配置した光源ユニット51が、基板13上で受光器112を中心とした放射状に配置されている。そして、各光源ユニット51の光源111、121、122は夫々、異なる略同心円上に配置されている。 As shown in FIG. 10, the sensor unit 50 of the present embodiment includes a light source unit 51 in which a first light source 111, a second light source 121, and a third light source 122 are arranged on a substantially straight line on a substrate 13. The light receivers 112 are arranged radially around the center. The light sources 111, 121, and 122 of each light source unit 51 are arranged on different substantially concentric circles.
すなわち、各光源ユニット51の第1の光源111は、受光器112を中心とした第1の円上に配置されている。各光源ユニット51の第2の光源121は、受光器112を中心とした第1の円より小さい直径の第2の円上に配置されている。各光源ユニット51の第3の光源122は、受光器112を中心とした第2の円より小さい第3の円上に配置されている。 That is, the first light source 111 of each light source unit 51 is arranged on the first circle centered on the light receiver 112. The second light source 121 of each light source unit 51 is disposed on a second circle having a smaller diameter than the first circle around the light receiver 112. The third light source 122 of each light source unit 51 is disposed on a third circle smaller than the second circle with the light receiver 112 as the center.
測定する脈波は、生体情報取得装置の生体への装着具合(例えば、接触しているか離れているか、圧力はどの程度か)により、波形が異なる。そのため、各光源ユニット51のうち、処理装置30は所定の条件を満たす(例えば、所定の圧力で各光源111、121及び122が生体に接触する)光源ユニット51を選択し、選択した光源ユニット51の各光源111、121、122から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得ると、精度良く脈波を測定することができる。 The waveform of the pulse wave to be measured varies depending on how the biological information acquisition apparatus is attached to the living body (for example, whether it is in contact with or away from the living body, or what is the pressure). Therefore, among the light source units 51, the processing device 30 selects a light source unit 51 that satisfies a predetermined condition (for example, the light sources 111, 121, and 122 are in contact with the living body at a predetermined pressure), and the selected light source unit 51 is selected. If a pulse wave of a living body is obtained based on a detection signal obtained by irradiating the living body with detection light from each of the light sources 111, 121, and 122, the pulse wave can be measured with high accuracy.
なお、本実施の形態のセンサユニット50は、検出光として赤色光又は赤外光を生体に照射して得た検出信号から、検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を減じる処理を行うことを前提とした構成であるが、検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合は、センサユニット50に搭載される光源は全て第1の光源111で構成することができる。このとき、径方向の隣接する第1の光源の間隔及び周方向に隣接する第1の光源の間隔は、出射光の波長などに基づいて適宜設定される。 The sensor unit 50 of the present embodiment subtracts the detection signal obtained by irradiating the living body with green light as the detection light from the detection signal obtained by irradiating the living body with red light or infrared light as the detection light. Although it is a structure premised on performing a process, when noise is not removed using the detection signal obtained by irradiating a living body with green light as detection light, all the light sources mounted in the sensor unit 50 are the first. The light source 111 can be configured. At this time, the interval between the first light sources adjacent in the radial direction and the interval between the first light sources adjacent in the circumferential direction are appropriately set based on the wavelength of the emitted light.
この場合、全ての第1の光源111から検出光を生体に照射して得た検出信号をサンプリングし、第1の光源111から検出光を生体に照射して得た、最も信号状態の良い(例えば、特徴点を抽出し易い)検出信号に基づいて生体の脈波を得る。これにより、精度良く生体の脈波を測定することができる。つまり、直線上に配置された複数の第1の光源111のうち、最も信号状態が良く、且つ等しい円上に配置された複数の第1の光源111のうち、最も信号状態が良い検出信号を得ることができる第1の光源111を選択し、当該第1の光源111から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得る。 In this case, the detection signal obtained by irradiating the living body with the detection light from all the first light sources 111 is sampled, and the best signal state is obtained by irradiating the living body with the detection light from the first light source 111 ( For example, a pulse wave of a living body is obtained based on a detection signal (which makes it easy to extract feature points). Thereby, the pulse wave of a living body can be measured with high accuracy. That is, the detection signal having the best signal state among the plurality of first light sources 111 arranged on the straight line and the best signal state among the plurality of first light sources 111 arranged on the same circle is obtained. A first light source 111 that can be obtained is selected, and a pulse wave of the living body is obtained based on a detection signal obtained by irradiating the living body with detection light from the first light source 111.
また、性別、年齢、体重などで区分けし、第1の光源111と受光器112との距離を一定としてデータを収集して上述のようなデータベースを作成する際に、上述のように第1の光源111を略同心円上に配置すると、等しい略円上に配置された第1の光源111から受光器112までの距離は略等しいので、当該データベースによる血圧推定アルゴリズムの誤差を抑制することができる。 In addition, when the database is created by collecting data with the distance between the first light source 111 and the light receiver 112 being constant, the first database is created as described above. If the light sources 111 are arranged on substantially concentric circles, the distance from the first light source 111 arranged on the substantially same circle to the light receiver 112 is substantially equal, so that an error in the blood pressure estimation algorithm by the database can be suppressed.
しかも、基板13上にマトリックス状に第1の光源111を配置する場合に比べて、上述のように第1の光源111を略同心円上に配置すると、第1の光源111の個数を削減することができ、その結果、生体情報取得装置の軽量化に寄与できる。 In addition, as compared with the case where the first light sources 111 are arranged in a matrix on the substrate 13, the number of the first light sources 111 can be reduced by arranging the first light sources 111 on a substantially concentric circle as described above. As a result, it is possible to contribute to weight reduction of the biological information acquisition apparatus.
ちなみに、特許文献2(特許第2766317号公報)には、受光素子を中心とした円上に発光素子を配置した構成が開示されているが、血液中の酸素飽和度測定に関する技術である。 Incidentally, Patent Document 2 (Japanese Patent No. 2766317) discloses a configuration in which light emitting elements are arranged on a circle centered on a light receiving element, which is a technique related to measurement of oxygen saturation in blood.
<第3の実施の形態>
検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合における、センサユニットの異なる形態を説明する。図11は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第1の実施の形態の生体情報取得装置1と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。
<Third Embodiment>
Different forms of the sensor unit will be described when noise is not removed using a detection signal obtained by irradiating a living body with green light as detection light. FIG. 11 is a diagram schematically showing the sensor unit of the present embodiment. Note that the same elements as those in the biological information acquisition apparatus 1 of the first embodiment will be described using the same reference numerals, and redundant descriptions will be omitted.
本実施の形態のセンサユニット60は、図11に示すように、複数の受光器112を略直線上に配置した受光器ユニット61が、基板13上に第1の光源111を中心とした放射状に配置されている。そして、各受光器ユニット61の受光器112は夫々、異なる略同心円上に配置されている。このとき、径方向に隣接する受光器112の間隔及び周方向に隣接する受光器112の間隔は、第1の光源111の出射光の波長などに基づいて適宜設定される。 In the sensor unit 60 of the present embodiment, as shown in FIG. 11, the light receiver unit 61 in which a plurality of light receivers 112 are arranged on a substantially straight line is radially formed on the substrate 13 with the first light source 111 as the center. Has been placed. The light receivers 112 of the respective light receiver units 61 are arranged on different substantially concentric circles. At this time, the interval between the optical receivers 112 adjacent to each other in the radial direction and the interval between the optical receivers 112 adjacent to each other in the circumferential direction are appropriately set based on the wavelength of the emitted light from the first light source 111.
上述のように、測定する脈波は生体情報取得装置の生体への装着具合により、波形が異なるため、各受光器112のうち、所定の条件を満たす(例えば、所定の圧力で生体に接触する)受光器112を選択し、選択した受光器112の検出信号に基づいて生体の脈波を得ることで、脈波の測定精度を向上させることができる。 As described above, since the waveform of the pulse wave to be measured varies depending on how the biological information acquisition device is attached to the living body, among the light receivers 112, a predetermined condition is satisfied (for example, the living body is contacted with a predetermined pressure). ) By selecting the light receiver 112 and obtaining a pulse wave of the living body based on the detection signal of the selected light receiver 112, the measurement accuracy of the pulse wave can be improved.
また、性別、年齢、体重などで区分けし、第1の光源111と受光器112との距離を一定としてデータを収集して上述のようなデータベースを作成する際に、上述のように受光器112を略同心円上に配置すると、等しい略円上の受光器112は第1の光源111までの距離が略一定であるので、当該データベースによる血圧推定アルゴリズムの誤差を抑制することができる。 Further, when the data is collected by creating a database as described above by classifying by sex, age, weight, etc., and collecting the data with the distance between the first light source 111 and the light receiver 112 being constant, the light receiver 112 as described above. Are arranged on substantially concentric circles, the light receivers 112 on the same substantially circular circle have a substantially constant distance to the first light source 111, so that an error in the blood pressure estimation algorithm by the database can be suppressed.
しかも、基板13上にマトリックス状に受光器112を配置する場合に比べて、上述のように受光器112を略同心円上に配置すると、受光器112の個数を削減することができ、その結果、生体情報取得装置の軽量化に寄与できる。 Moreover, as compared with the case where the light receivers 112 are arranged in a matrix on the substrate 13, the number of the light receivers 112 can be reduced if the light receivers 112 are arranged substantially concentrically as described above. This can contribute to weight reduction of the biological information acquisition device.
<第4の実施の形態>
検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合における、センサユニットの異なる形態を説明する。図12は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第1の実施の形態の生体情報取得装置1と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。
<Fourth embodiment>
Different forms of the sensor unit will be described when noise is not removed using a detection signal obtained by irradiating a living body with green light as detection light. FIG. 12 is a diagram schematically showing the sensor unit of the present embodiment. Note that the same elements as those in the biological information acquisition apparatus 1 of the first embodiment will be described using the same reference numerals, and redundant descriptions will be omitted.
本実施の形態のセンサユニット70は、図12に示すように、第1の光源111を中心に略渦巻き線(図12では二点鎖線で示している)上に受光器112が基板13上に配置されている。この場合も、複数の受光器112のうち、所定の条件を満たす受光器112を選択し、選択した受光器112の検出信号に基づいて生体の脈波を得ることで、脈波の測定精度を向上させることができる。このとき、渦巻き線上で隣接する受光器112の間隔は、第1の光源111の出射光の波長などに基づいて適宜設定される。 As shown in FIG. 12, the sensor unit 70 of the present embodiment has a light receiver 112 on a substrate 13 on a substantially spiral line (indicated by a two-dot chain line in FIG. 12) around the first light source 111. Has been placed. Also in this case, by selecting a light receiver 112 that satisfies a predetermined condition from among the plurality of light receivers 112 and obtaining a pulse wave of a living body based on the detection signal of the selected light receiver 112, the measurement accuracy of the pulse wave is increased. Can be improved. At this time, the interval between the adjacent light receivers 112 on the spiral is appropriately set based on the wavelength of the emitted light from the first light source 111 and the like.
なお、本実施の形態では、第1の光源111を中心に略渦巻き線上に受光器112を配置したが、受光器112を中心に略渦巻き線上に第1の光源111を配置して、所定の条件を満たす第1の光源111を選択し、選択した第1の光源111から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号に基づいて生体の脈波を得てもよい。 In the present embodiment, the light receiver 112 is arranged on a substantially spiral line with the first light source 111 as the center, but the first light source 111 is arranged on the substantially spiral line with the light receiver 112 as a center, A first light source 111 that satisfies a condition may be selected, and a pulse wave of the living body may be obtained based on a detection signal of reflected light obtained by irradiating the living body with detection light from the selected first light source 111.
<第5の実施の形態>
検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合における、センサユニットの異なる形態を説明する。図13は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第1の実施の形態の生体情報取得装置1と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。
<Fifth embodiment>
Different forms of the sensor unit will be described when noise is not removed using a detection signal obtained by irradiating a living body with green light as detection light. FIG. 13 is a diagram schematically showing the sensor unit of the present embodiment. Note that the same elements as those in the biological information acquisition apparatus 1 of the first embodiment will be described using the same reference numerals, and redundant descriptions will be omitted.
本実施の形態のセンサユニット80は、図13に示すように、略直線上に複数の第1の光源111及び受光器112が基板13上に配置されている。この場合も、複数の第1の光源111のうち、所定の条件を満たす第1の光源111を選択し、選択した第1の光源111の検出信号に基づいて生体の脈波を得ることで、脈波の測定精度を向上させることができる。 As shown in FIG. 13, in the sensor unit 80 of the present embodiment, a plurality of first light sources 111 and light receivers 112 are arranged on a substrate 13 on a substantially straight line. Also in this case, by selecting the first light source 111 that satisfies the predetermined condition from the plurality of first light sources 111 and obtaining the pulse wave of the living body based on the detection signal of the selected first light source 111, The measurement accuracy of the pulse wave can be improved.
なお、本実施の形態では、略直線上に複数の第1の光源111及び受光器112を配置したが、略直線上に第1の光源及び複数の受光器112を配置して、所定の条件を満たす受光器112を選択し、選択した受光器112から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得てもよい。 In the present embodiment, the plurality of first light sources 111 and the light receivers 112 are arranged on a substantially straight line, but the first light source and the plurality of light receivers 112 are arranged on a substantially straight line, and predetermined conditions are satisfied. It is also possible to select a photoreceiver 112 that satisfies the condition, and obtain a pulse wave of the living body based on a detection signal obtained by irradiating the living body with detection light from the selected photoreceiver 112.
<第6の実施の形態>
検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合における、センサユニットの異なる形態を説明する。図14は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第1の実施の形態の生体情報取得装置1と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。
<Sixth Embodiment>
Different forms of the sensor unit will be described when noise is not removed using a detection signal obtained by irradiating a living body with green light as detection light. FIG. 14 is a diagram schematically showing the sensor unit of the present embodiment. Note that the same elements as those in the biological information acquisition apparatus 1 of the first embodiment will be described using the same reference numerals, and redundant descriptions will be omitted.
本実施の形態のセンサユニット90は、図14に示すように、径の異なる複数のリング状の光源91が基板13上に受光器112を中心に配置されている。この場合も、各光源91のうち、所定の条件を満たす(例えば、所定の圧力で生体に接触する)光源91を選択し、選択した光源91から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得ることで、脈波の測定精度を向上させることができる。ここで、隣接する光源91の間隔は、出射光の波長などに基づいて適宜設定される。 In the sensor unit 90 of the present embodiment, as shown in FIG. 14, a plurality of ring-shaped light sources 91 having different diameters are arranged on the substrate 13 around the light receiver 112. Also in this case, a detection signal obtained by selecting a light source 91 satisfying a predetermined condition (for example, contacting the living body with a predetermined pressure) among the light sources 91 and irradiating the living body with detection light from the selected light source 91. By obtaining the pulse wave of the living body based on the above, the measurement accuracy of the pulse wave can be improved. Here, the interval between the adjacent light sources 91 is appropriately set based on the wavelength of the emitted light.
なお、本実施の形態では、受光器112を中心にリング状の光源91を配置したが、点光源を中心として複数のリング状の受光器を配置し、所定の条件を満たす受光器を選択し、選択した受光器の検出信号に基づいて生体の脈波を測定してもよい。 In the present embodiment, the ring-shaped light source 91 is disposed around the light receiver 112, but a plurality of ring-shaped light receivers are disposed around the point light source, and a light receiver that satisfies a predetermined condition is selected. The pulse wave of the living body may be measured based on the detection signal of the selected light receiver.
<第7の実施の形態>
基板13は、フレキシブル基板で構成されていることが好ましい。これにより、基板13を生体の例えば手首の湾曲に沿わせて、光源及び受光器を良好に生体に接触させることができる。
<Seventh embodiment>
The substrate 13 is preferably composed of a flexible substrate. Thereby, the light source and the light receiver can be satisfactorily brought into contact with the living body by causing the substrate 13 to follow the curvature of the wrist of the living body, for example.
このように基板13をフレキシブル基板で構成した生体情報取得装置を生体に装着した場合、基板13が湾曲して上述の同心円が変形してしまう。そこで、生体情報取得装置を生体に装着した状態で、光源又は受光器が略同心円上に配置されるように、基板13を平坦にした状態で光源及び受光器の何れか一方は他方を中心とした同心楕円上に配置されることが好ましい。これにより、データベースを作成する際に、第1の光源111と受光器112との距離を精度良く一定にすることができる。 Thus, when the biological information acquisition apparatus which comprised the board | substrate 13 with the flexible board | substrate was mounted | worn with the biological body, the board | substrate 13 will curve and the above-mentioned concentric circle will deform | transform. Therefore, in a state where the biological information acquisition device is attached to the living body, either the light source or the light receiver is centered on the other while the substrate 13 is flat so that the light source or the light receiver is arranged on a substantially concentric circle. It is preferable to arrange on a concentric ellipse. Thereby, when creating the database, the distance between the first light source 111 and the light receiver 112 can be made constant with high accuracy.
<第8の実施の形態>
上述のように光源や受光器の生体への接触圧力を検出する場合、以下のような構成を採用すればよい。図15は、第1の光源の生体への接触圧力を検出可能な構成としたセンサユニットを模式的に示す図である。
<Eighth Embodiment>
As described above, when detecting the contact pressure of the light source or the light receiver to the living body, the following configuration may be employed. FIG. 15 is a diagram schematically showing a sensor unit configured to detect the contact pressure of the first light source to the living body.
本実施の形態のセンサユニットは、図15に示すように、第1の光源111と基板13との間に圧力検出部14を備えている。圧力検出部14としては、一般的な圧力センサを用いることができる。 As shown in FIG. 15, the sensor unit of the present embodiment includes a pressure detection unit 14 between the first light source 111 and the substrate 13. As the pressure detection unit 14, a general pressure sensor can be used.
このような構成を例えば複数の第1の光源111を備えるセンサユニットに採用すると、処理装置は、圧力検出部14の検出信号に基づいて、複数の第1の光源111のうち、予め設定された圧力値以上の第1の光源111を選択し、選択した第1の光源111から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得る。これにより、生体情報取得装置の生体への装着状態のばらつきや生体の個体差による測定困難を回避することができる。 When such a configuration is employed in, for example, a sensor unit including a plurality of first light sources 111, the processing device is set in advance among the plurality of first light sources 111 based on the detection signal of the pressure detection unit 14. A first light source 111 having a pressure value or higher is selected, and a pulse wave of the living body is obtained based on a detection signal obtained by irradiating the living body with detection light from the selected first light source 111. Thereby, the measurement difficulty by the dispersion | variation in the mounting state to the biological body of a biometric information acquisition apparatus or the individual difference of a biological body can be avoided.
但し、図15では、第1の光源111の生体への接触圧力を検出することができる構成とされているが、例えば複数の受光器112を備えるセンサユニットの場合は、各受光器112と基板13との間に圧力検出部14を配置すればよい。 However, in FIG. 15, although it is set as the structure which can detect the contact pressure to the biological body of the 1st light source 111, in the case of a sensor unit provided with the some light receiver 112, for example, each light receiver 112 and a board | substrate What is necessary is just to arrange | position the pressure detection part 14 between.
<第9の実施の形態>
ここで、光源や受光器の生体への接触圧力を予め設定された値に調整可能な構成であることが好ましい。図16は、第1の光源の生体への接触圧力を予め設定された値に調整可能な構成を模式的に示す図である。
<Ninth embodiment>
Here, it is preferable that the contact pressure of the light source or the light receiver to the living body can be adjusted to a preset value. FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a configuration in which the contact pressure of the first light source to the living body can be adjusted to a preset value.
本実施の形態では、図16に示すように、第1の光源111と基板13との間に圧力検出部14及び圧力調整部15を備えている。圧力調整部15としては、例えばアクチュエータを用いることができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 16, a pressure detection unit 14 and a pressure adjustment unit 15 are provided between the first light source 111 and the substrate 13. For example, an actuator can be used as the pressure adjusting unit 15.
このような構成を例えば複数の第1の光源111を備えるセンサユニットに採用すると、処理装置は、圧力検出部14からの検出信号に基づいて圧力調整部15を制御して、第1の光源111の生体への接触圧力を予め設定された値に調整する。そして、処理装置は、複数の第1の光源111から検出光を生体に照射して得た、最も信号状態の良い(例えば、特徴点を抽出し易い)検出信号に基づいて生体の脈波を得る。これにより、生体情報取得装置の生体への装着状態のばらつきや生体の個体差による測定困難を回避することができる。 When such a configuration is employed in, for example, a sensor unit including a plurality of first light sources 111, the processing device controls the pressure adjustment unit 15 based on the detection signal from the pressure detection unit 14, and the first light source 111. The contact pressure to the living body is adjusted to a preset value. Then, the processing device generates a pulse wave of the living body based on the detection signal with the best signal state (for example, easy to extract feature points) obtained by irradiating the living body with detection light from the plurality of first light sources 111. obtain. Thereby, the measurement difficulty by the dispersion | variation in the mounting state to the biological body of a biometric information acquisition apparatus or the individual difference of a biological body can be avoided.
但し、図16では、第1の光源111の生体への接触圧力を調整可能な構成とされているが、例えば複数の受光器112を備えるセンサユニットの場合は、各受光器112と基板13との間に圧力検出部14及び圧力調整部15を配置すればよい。 However, in FIG. 16, the contact pressure of the first light source 111 to the living body can be adjusted. For example, in the case of a sensor unit including a plurality of light receivers 112, each light receiver 112 and the substrate 13 What is necessary is just to arrange | position the pressure detection part 14 and the pressure adjustment part 15 between these.
<第10の実施の形態>
複数の第1の光源111又は複数の受光器112を備えるセンサユニットを用いる場合、中央の第1の光源111及び受光器112の何れか一方からの距離が異なる複数の他方の第1の光源111又は受光器112を動作させ、生体の異なる位置で得た脈波に基づいて、一般的なPWTT(Pulse Wave Transit Time)方式で生体の血圧を導き出してもよい。
<Tenth Embodiment>
When a sensor unit including a plurality of first light sources 111 or a plurality of light receivers 112 is used, a plurality of other first light sources 111 having different distances from one of the central first light source 111 and the light receiver 112 are used. Alternatively, the blood pressure of the living body may be derived by a general PWTT (Pulse Wave Transit Time) method based on pulse waves obtained at different positions of the living body by operating the light receiver 112.
<第11の実施の形態>
センサユニットが複数の第1の光源111を備える場合、受光器112からの距離に応じて第1の光源の出射光の周波数を変更することが好ましい。例えば、受光器112から遠くなるのに従って第1の光源111の出射光の周波数を長くする。これにより、第1の光源111の出射光の生体内への深達度を調整することができる。
<Eleventh embodiment>
When the sensor unit includes a plurality of first light sources 111, it is preferable to change the frequency of the emitted light of the first light source according to the distance from the light receiver 112. For example, the frequency of the emitted light from the first light source 111 is increased as the distance from the light receiver 112 increases. Thereby, the depth of penetration of the emitted light of the first light source 111 into the living body can be adjusted.
以上、本発明に係る生体情報取得装置及び生体情報取得方法の実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。 The embodiments of the biometric information acquisition apparatus and the biometric information acquisition method according to the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above, and can be changed without departing from the technical idea of the present invention.
例えば、上記実施の形態では、検出光が生体内で反射した反射光に基づいて生体の脈波などを測定しているが、検出光が生体を透過した透過光に基づいて生体の脈波などを測定してもよい。この場合、光源と受光器との間に生体が配置されるように、光源及び受光器を配置すればよい。 For example, in the above embodiment, the pulse wave of the living body is measured based on the reflected light that the detection light is reflected in the living body, but the pulse wave of the living body is based on the transmitted light that is transmitted through the living body. May be measured. In this case, what is necessary is just to arrange | position a light source and a light receiver so that a biological body may be arrange | positioned between a light source and a light receiver.
例えば、第2の実施の形態以降の実施の形態では、第1の光源111又は受光器112を複数備えるセンサユニットを説明したが、上述の構成に限定されない。すなわち、複数の第1の光源111又は受光器112は不規則的に又は規則的に基板13上に配置されていればよい。 For example, in the second and subsequent embodiments, the sensor unit including a plurality of the first light sources 111 or the light receivers 112 has been described. However, the present invention is not limited to the above-described configuration. That is, the plurality of first light sources 111 or light receivers 112 may be arranged on the substrate 13 irregularly or regularly.
例えば、上記実施の形態の生体情報取得装置を腕時計端末などのウェアラブル端末に組み込みことも可能である。すなわち、生体情報取得装置を備えた腕時計端末と捉えることも可能である。さらには、センサユニット10が腕時計端末に設けられるとともに無線通信部を有しおり、その他の構成(例えば、処理装置30、表示部40等)は、スマートフォンに備えられていてもよい。この場合、腕時計端末で取得したアナログデータ又はデジタルデータが無線通信によってスマートフォンに転送される。そして、データを受信したスマートフォンが血圧を測定するための処理の一部又は全部を行ってもよい。 For example, the biometric information acquisition apparatus of the above embodiment can be incorporated into a wearable terminal such as a wristwatch terminal. That is, it can also be regarded as a wristwatch terminal equipped with a biological information acquisition device. Furthermore, the sensor unit 10 is provided in the wristwatch terminal and has a wireless communication unit, and other configurations (for example, the processing device 30 and the display unit 40) may be provided in the smartphone. In this case, analog data or digital data acquired by the wristwatch terminal is transferred to the smartphone by wireless communication. And the smart phone which received data may perform a part or all of the process for measuring a blood pressure.
1 生体情報取得装置
10 センサユニット
11 第1の検出部、111 第1の光源、112 受光器
12 第2の検出部、121 第2の光源、122 第3の光源
13 基板
14 圧力検出部
15 圧力調整部
20 AFE、21 アンプ、22 ノイズ除去フィルタ、23 ADC
30 処理装置、31 フィルタ、32 メモリ、33 デジタルフィルタ、34 パワーマネジメントユニット
40 表示部
50 センサユニット、51 光源ユニット
60 センサユニット、61 受光器ユニット
70 センサユニット
80 センサユニット
90 センサユニット、91 光源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Biological information acquisition apparatus 10 Sensor unit 11 1st detection part, 111 1st light source, 112 Light receiver 12 2nd detection part, 121 2nd light source, 122 3rd light source 13 Board | substrate 14 Pressure detection part 15 Pressure Adjustment unit 20 AFE, 21 amplifier, 22 noise removal filter, 23 ADC
30 processing device, 31 filter, 32 memory, 33 digital filter, 34 power management unit 40 display unit 50 sensor unit, 51 light source unit 60 sensor unit, 61 light receiver unit 70 sensor unit 80 sensor unit 90 sensor unit, 91 light source
Claims (3)
前記生体に495nm以上570nm以下である第2の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出する第2の検出部と、
前記生体に前記第1の波長の光を照射して得た検出信号から前記生体に前記第2の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて前記生体の脈波を導き出す処理部と、
を備え、
前記生体への前記第1の波長の光の照射と前記生体への前記第2の波長の光の照射とは、照射期間が重ならないように、前記生体の脈波の周期と略等しい予め設定された周期で、略等しい期間行う生体情報取得装置。 A first detector that irradiates a living body with light of a first wavelength and detects reflected light or transmitted light from the living body;
A second detector that irradiates the living body with light of a second wavelength that is not less than 495 nm and not more than 570 nm to detect reflected light or transmitted light from the living body;
The pulse wave of the living body based on a subtraction value obtained by subtracting the detection signal obtained by irradiating the living body with light of the second wavelength from the detection signal obtained by irradiating the living body with light of the first wavelength. A processing unit for deriving
Equipped with a,
The irradiation of the light of the first wavelength to the living body and the irradiation of the light of the second wavelength to the living body are set in advance so as to be substantially equal to the period of the pulse wave of the living body so that the irradiation periods do not overlap. The biometric information acquisition apparatus which performs in a substantially equal period with a given period .
前記生体に495nm以上570nm以下である第2の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出するステップと、
前記生体に前記第1の波長の光を照射して得た検出信号から前記生体に前記第2の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて前記生体の脈波を導き出すステップと、
を備え、
前記生体への前記第1の波長の光の照射と前記生体への前記第2の波長の光の照射とは、照射期間が重ならないように、前記生体の脈波の周期と略等しい予め設定された周期で、略等しい期間行う生体情報取得方法。 Irradiating a living body with light of a first wavelength to detect reflected light or transmitted light from the living body;
Irradiating the living body with light of a second wavelength that is not less than 495 nm and not more than 570 nm to detect reflected light or transmitted light in the living body;
The pulse wave of the living body based on a subtraction value obtained by subtracting the detection signal obtained by irradiating the living body with light of the second wavelength from the detection signal obtained by irradiating the living body with light of the first wavelength. Steps to derive
Equipped with a,
The irradiation of the light of the first wavelength to the living body and the irradiation of the light of the second wavelength to the living body are set in advance so as to be substantially equal to the period of the pulse wave of the living body so that the irradiation periods do not overlap. A biological information acquisition method that is performed in a substantially equal period in a given cycle .
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