JP4385677B2 - Biological information measuring device - Google Patents

Biological information measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP4385677B2
JP4385677B2 JP2003286382A JP2003286382A JP4385677B2 JP 4385677 B2 JP4385677 B2 JP 4385677B2 JP 2003286382 A JP2003286382 A JP 2003286382A JP 2003286382 A JP2003286382 A JP 2003286382A JP 4385677 B2 JP4385677 B2 JP 4385677B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
wavelength
absorbance
biological
biological information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003286382A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005052385A5 (en
JP2005052385A (en
Inventor
司 小須田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2003286382A priority Critical patent/JP4385677B2/en
Publication of JP2005052385A publication Critical patent/JP2005052385A/en
Publication of JP2005052385A5 publication Critical patent/JP2005052385A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4385677B2 publication Critical patent/JP4385677B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

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。   The present invention relates to a biological information measuring device that measures biological information such as oxygen saturation in blood.

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。
特許第3116255号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, a pulse oximeter is known as one of biological information measuring devices as a device capable of continuously measuring oxygen saturation in arterial blood in a non-invasive manner (see, for example, Patent Document 1). This pulse oximeter irradiates biological tissue with two different wavelengths of red light (for example, wavelength 660 nm) and infrared light (for example, wavelength 940 nm) in a time-sharing manner, and transmits transmitted light or reflected light of two different wavelengths. The oxygen saturation is measured based on the ratio of the obtained pulse wave component of absorbance. The reason for using red light and infrared light for the pulse oximeter is that, first, LED devices of these wavelengths are relatively inexpensive and readily available. Second, at each wavelength, the absorbance of oxygen hemoglobin and This is because the magnitude relationship between the absorbances of reduced hemoglobin is reversed and the measurement resolution can be increased.
Japanese Patent No. 3116255

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。   However, when infrared light (light with a wavelength near 940 nm) is used as irradiation light, transmitted light or reflected light is affected by noise caused by extraneous light such as natural light or indoor illumination light, so that oxygen saturation, which is biological information, is accurately determined. There is a problem that it cannot be measured. Especially in environments where the intensity or wavelength of external light changes, such as outdoors, it is difficult to remove noise components from infrared detection signals and extract only effective signal components, making accurate measurement difficult. is there.

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。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and accurately measures biological information without being affected by external light even in an environment where external light changes such as outdoors. It is an object of the present invention to provide a biological information measuring device that can be used.

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、約400nmから約700nmまでの波長域の異なる2つの波長λ1、λ2(但し、λ1>λ2)であって、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波長λ1の光と、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波長λ2の光をそれぞれ照射する第1および第2の光源と、前記波長λ1、λ2の各光について、前記生体組織に吸光された後、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受光手段と、前記受光手段の受光結果により示される2つの波長λ1、λ2の各々の吸光度のスペクトル信号に基づいて酸素飽和度を算出する演算手段と、前記波長λ1、λ2の各光の照射箇所を含む身体部位の動きを検出する加速度センサとを備え、記演算手段は、前記2つの波長λ1、λ2の各々の吸光度のスペクトル信号から、前記加速度センサの検出信号の周波数成分に基づいて算出した体動スペクトル信号を減算して前記酸素飽和度を算出することを特徴とする生体情報測定装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a living tissue including arterial blood flow with two wavelengths λ1 and λ2 having different wavelength ranges from about 400 nm to about 700 nm (where λ1> λ2), Light having a wavelength λ1 belonging to a wavelength region where the absorbance of oxyhemoglobin is smaller than the absorbance of reduced hemoglobin in the arterial blood flow, and wavelength λ2 belonging to a wavelength region where the absorbance of oxyhemoglobin is larger than the absorbance of reduced hemoglobin first and second light source for irradiating light, respectively, said wavelength .lambda.1, for each light .lambda.2, after being absorbance in the living tissue, receives the light reflected by the biological tissue including the blood flow light receiving means, a calculating means for calculating the two wavelengths .lambda.1, oxygen saturation based on the spectral signals of each of the absorbance .lambda.2 indicated by the light-receiving result of the light receiving means, wherein the wavelength .lambda.1, .lambda.2 A acceleration sensor for detecting the movement of the body part including the irradiation position of the light, before Symbol calculating means, the two wavelengths .lambda.1, from the spectrum signal of each of the absorbance .lambda.2, the frequency of the detection signal of the acceleration sensor Provided is a biological information measuring device characterized by subtracting a body motion spectrum signal calculated based on a component to calculate the oxygen saturation .

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。   According to this configuration, it is possible to detect biological information without being affected by the external light even in an environment where the external light changes such as outdoors.

ここで、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。   Here, when the wavelength is larger than about 700 nm, it is difficult to separate the external light and the detection light using the biological tissue as a light guide, and when the wavelength is smaller than about 400 nm, the absorption in the epidermis of the biological tissue is performed. Increases and it becomes difficult to obtain sufficient detection light. Therefore, it is possible to accurately measure biological information by using light having a wavelength belonging to a wavelength range from about 400 nm to about 700 nm.

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。   For example, the center wavelength of the first light source is about 660 nm, and the center wavelength of the second light source is about 470 nm.

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。   According to these desirable configurations, it is possible to improve the measurement and decomposition of biological information.

また、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であるため、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。   Further, since the light receiving means is configured to receive the light reflected by the living tissue including the arterial blood flow, the light receiving means emits light having a wavelength that is relatively large in absorption by the living tissue (for example, a wavelength around 470 nm). Even when it is used, a sufficient amount of detection light can be obtained.

お、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。 Contact name the calculating means may be configured to calculate the oxygen saturation and pulse rate as biological information.

また前記波長λ1、λ2の各光の照射箇所を含む身体部位の動きを検出する加速度センサと備え、記演算手段は、前記2つの波長λ1、λ2の各々の吸光度のスペクトル信号から、前記加速度センサの検出信号の周波数成分に基づいて算出した体動スペクトル信号を減算して前記酸素飽和度を算出する構成を備えるため、検出結果からノイズ成分である体動成分を除去でき、酸素飽和度をより正確に求めることが可能となる。 Also it includes an acceleration sensor for detecting the movement of the body part including the irradiation position of the wavelength .lambda.1, each light .lambda.2, before Symbol calculating means, the two wavelengths .lambda.1, from the spectrum signal of each of the absorbance of .lambda.2, the acceleration Since the oxygen saturation is calculated by subtracting the body motion spectrum signal calculated based on the frequency component of the detection signal of the sensor , the body motion component which is a noise component can be removed from the detection result, and the oxygen saturation can be calculated. It becomes possible to obtain more accurately.

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。   According to the present invention, there is provided a biological information measuring apparatus capable of accurately measuring biological information without being affected by the external light even in an environment where the external light changes such as outdoors. Is done.

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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

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。   FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a pulse oximeter as an example of a biological information measuring apparatus according to the present embodiment, together with a mode of use thereof. As shown in this figure, the pulse oximeter 1 is provided on the apparatus main body 100 having a wristwatch structure and is mounted on the apparatus main body 100 and is wound around the user's arm from 12 o'clock in the wristwatch and fixed at 6 o'clock. And a wristband 103. On the upper surface of the apparatus main body 100, a liquid crystal display unit 108 is provided on which various information such as information related to biological information such as blood oxygen concentration and pulse rate and time are displayed. Is provided with a button switch 111 as input means used when inputting various information. Furthermore, a start / end button 116 is provided on the surface of the apparatus main body 100 (the surface on which the liquid crystal display unit 108 is provided). The start / end button 116 is used when the user instructs the pulse oximeter 1 to start or end the measurement of blood oxygen concentration or pulse rate.

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。   A connector part 105 is provided on the outer peripheral part in the 6 o'clock direction of the apparatus main body 100, and a connector piece 106 to which a biological sensor unit 102 for detecting biological information is connected is detachably attached to the connector part 105. It has been. That is, the pulse oximeter 1 functions as a wristwatch when the connector piece 106 is removed, and can function as a pulse oximeter that measures biological information when the connector piece 106 is attached. A biosensor unit 102 is connected to the connector piece 106 via a cable 101, and the biometric information of the user is detected by the biosensor unit 102. Specifically, the biosensor unit 102 is fixed near the base of the user's finger by the sensor fixing band 104, and detects biometric information (oxygen concentration and pulse wave) by irradiating the blood vessel with light. . The connector unit 105 is provided in the 3 o'clock direction of the wristwatch in the outer periphery of the apparatus main body 100 in order to prevent the user from coming into contact with the back of the hand and restricting the movement of the hand. Is desirable.

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。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the biosensor unit 102. As shown in this figure, the biosensor unit 102 includes a unit main body 102a including a sensor frame 1020, a back lid 1021 that closes the lower surface of the sensor frame 1020, and a glass plate 1023 that closes the upper surface. A circuit board 1026, two LEDs 1022 a and 1022 b mounted on the circuit board 1026, and a photodetector 1024 are incorporated in 102 a. In addition, a cable 101 is connected to the circuit board 1026, and a living body detection signal that is a detection signal from the photodetector 1024 is output to the apparatus main body 100 via the cable 101. In addition, power is supplied to the circuit board 1026 from a battery (not shown) built in the apparatus main body 100 via the cable 101.

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。   Here, the wavelength (center wavelength) of the LED 1022a is about 470 nm, a GaN-based (gallium-nitrogen-based) blue LED is used, and the wavelength (center wavelength) of the LED 1022b is about 660 nm, which is GaAlAs-based. A (gallium-aluminum-arsenic) red LED is used. The light emission surfaces of the LEDs 1022a and 1022b and the light receiving surface of the photodetector 1024 are opposed to the glass plate 1023, and the light emitted from each of the LEDs 1022a and 1022b toward the blood vessel is reflected by the blood vessel, and the amount of reflected light is It has a so-called reflection type structure that is transmitted through the glass plate 1023 and detected by the photodetector 1024. In general, when the wavelength is short, the absorption of light in the living body becomes strong, and the transmitted light passing through the finger is weak, so that it is difficult to measure biological information using this transmitted light. However, as described above, a configuration in which reflected light is detected allows a sufficient amount of light to be incident on the photodetector 1024 so that biological information measurement can be measured.

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。   Next, as shown in FIG. 4, two transmission filters 1024 a and 1024 b having different transmission wavelength characteristics are attached so as to divide the light receiving surface of the photodetector 1024. The transmission filter 1024a transmits only light in the wavelength region of the LED 1022a (ie, near 470 nm), and the transmission filter 1024b transmits only light in the wavelength region of the LED 1022b (ie, near 660). With this configuration, it is possible to detect the amount of light in each wavelength region of the LEDs 1022a and 1022b by one photo detector 1024. When measuring biological information, the LEDs 1022a and 1022b alternately emit light in a time division manner, and the amount of reflected light detected by the light emission of the LED 1022a or LED 1022b is output to the apparatus main body 100 as a biological detection signal.

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。   Note that the glass plate 1023 is formed of a glass material having high transmission characteristics in at least the wavelength regions of the LEDs 1022a and 1022b (near 470 nm and 660 nm), and light in other wavelength regions is attached to the surface of the glass plate 1023. It is configured to be cut by an attached transmission filter (not shown), so that intrusion of extraneous light into the unit body 102a is prevented as much as possible, and noise due to extraneous light is prevented from being included in the photodetector 1024. . In this embodiment, since the LED 1024a that emits blue light having a wavelength of about 470 nm and the LED 1024b that emits red light having a wavelength of about 660 nm are used, it is possible to measure biological information without being affected by external light. This will be described in detail later in comparison with a conventional example.

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。   FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the pulse oximeter 1. In this figure, the CPU 130 controls the operation of each part of the pulse oximeter 1 and executes various arithmetic processing such as blood oxygen concentration arithmetic processing and pulse rate arithmetic processing based on the biological detection signal from the biological sensor unit 102. It functions as a control / calculation means. The ROM 132 is a rewritable memory such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), and stores a control program executed by the CPU 130 and various data. The RAM 134 is used as a work area for the CPU 130, and temporarily stores calculation results and various data by the CPU 130. The clock circuit 136 includes an oscillation circuit 1360 that outputs a clock signal having a predetermined frequency (for example, 32.768 kHz), and a frequency dividing circuit 1361 that divides the clock signal from the oscillation circuit 1360 and outputs a 1 Hz clock signal to the CPU 130. The CPU 130 performs a time measurement process based on a 1 Hz clock signal. The input unit 138 corresponds to the button switch 111 and the start / end button 116 described above, and outputs a signal corresponding to each button operation of the user to the CPU 130. The liquid crystal display unit 108 displays a screen according to the control of the CPU 130.

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。   The biological signal amplification circuit 120 amplifies the biological detection signal from the biological sensor unit 102 and outputs it to the A / D conversion circuit 122. The A / D conversion circuit 122 performs analog / digital conversion on the received biological detection signal and outputs it to the CPU 130 only while the control signal is input from the CPU 130. The CPU 130 captures the biological detection signal for a certain period, and performs FFT ( The frequency component of the living body detection signal is calculated by executing a (Fast Fourier Transform) process, and the biological spectrum signals Fsa and Fsb are obtained. Here, in order to individually detect the amount of reflected light corresponding to the two LEDs 1022a and 1022b included in the biosensor unit 102, the CPU 130 causes the LEDs 1022a and 1022b to alternately emit light in a time-sharing manner, and is detected when the LEDs 1022a emit light. The biological spectrum signal Fsa based on the biological detection signal and the biological spectrum signal Fsb based on the biological detection signal detected when the LED 1022b emits light are separately obtained.

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。   The biological detection signal, that is, the biological spectrum signals Fsa and Fsb includes information indicating oxygen saturation and pulse rate in the blood as biological information. More specifically, when light is emitted toward the finger from the LEDs 1022a and 1022b, this light reaches the blood vessel, and part of it is absorbed by hemoglobin (oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin) in the blood and partly reflected. The light reflected from the living body (blood vessel) is received by the photodetector 1024, and the change in the amount of received light corresponds to the change in blood volume caused by the pulse wave of blood.

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。   Specifically, when the blood volume is large, the absorption of light in hemoglobin increases, so that the reflected light becomes weak, while when the blood volume decreases, the reflected light becomes strong. Therefore, if the change in the reflected light intensity is monitored by the photodetector 1024, the pulse can be detected from the pulsation cycle of the reflected light intensity (that is, the biological spectrum signals Fsa and Fsb).

また、その詳細な説明は割愛するが、酸素飽和度SpO(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。 Although the detailed description is omitted, the oxygen saturation SpO 2 (Saturation Pulse Oxygen) is a pulse wave of absorbance with respect to light of the wavelength of the LED 1022a (in this embodiment, 480 nm) as shown in the following equation (1). It is obtained from the intensity ratio between the component ACa and the pulse wave component ACb of the absorbance with respect to the light of the wavelength of the LED 1022b (6600 nm in this embodiment).

酸素飽和度SpO=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。
Oxygen saturation SpO 2 = f (ACb / ACa) (1)
However, the function f is a predetermined function determined by the absorbance at each wavelength of the LEDs 1022a and 1022b.

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SpOを求めている。 Since there is a variation in sensitivity depending on the light emission intensity of the light emitting elements (LEDs 1022a, 1022b) and the wavelength of the light receiving element (photodetector 1024), the pulse wave component AC of the absorbance is actually expressed as shown in the following equation (2). A more accurate oxygen saturation SpO 2 is obtained by dividing and normalizing by a direct current component DC (a component including variations in emission intensity of light emitting elements, absorption of body tissues, variations in performance of electric circuits, etc.). .

酸素飽和度SpO=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。
Oxygen saturation SpO 2 = f ((ACb / DCb) / (ACa / DCa)) (2)
When the above equation (2) is expressed using the biological spectrum signals Fsa and Fsb, the pulse wave components ACa and ACb correspond to the spectral components Fsah and Fsbh having the maximum power among the spectral components included in the biological spectrum signals Fsa and Fsb. Since the direct current components DCa and DCb correspond to the spectral components Fsao and Fsbo having a frequency of “0 Hz”, the following equation (3) is obtained.

酸素飽和度SpO
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SpO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SpOは略比例関係にあり、{(ACb/DCb)/(ACa/DCa)}の値に応じて酸素飽和度SpO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SpO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SpO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SpO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。
Oxygen saturation SpO 2 =
f ((Fsbh / Fsbo) / (Fsah / Fsao)) (3)
FIG. 6 is a diagram schematically showing the relationship between the value of {(ACb / DCb) / (ACa / DCa)} and the oxygen saturation SpO 2 in the above equation (2). As shown in this figure, the value of {(ACb / DCb) / (ACa / DCa)} and the oxygen saturation SpO 2 are approximately proportional, and the value of {(ACb / DCb) / (ACa / DCa)} Accordingly, the oxygen saturation level SpO 2 is uniquely identified. Therefore, in this embodiment, the value of {(ACb / DCb) / (ACa / DCa)} (more specifically, the value of (Fsbh / Fsbo) / (Fsah / Fsao)) and the oxygen saturation SpO 2 If table data (not shown) indicating the correspondence relationship is stored in the ROM 132 in advance and the value of {(ACb / DCb) / (ACa / DCa)} is calculated, the oxygen saturation SpO 2 is calculated based on the table data. It has a specific configuration. Thereby, since it is not necessary to calculate the functional expression shown in the above expression (2) or (3), the oxygen saturation SpO 2 can be quickly identified, and the power consumption by this calculation can be reduced. It becomes.

なお、周波数解析値に基づいて上記(3)式より酸素飽和度SpO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。 Note that the oxygen saturation SpO 2 is not obtained from the above equation (3) based on the frequency analysis value, but the AC component (pulse wave amplitude) and DC are calculated from the biological detection signal waveform (A / D conversion value) from the photodetector 1024. The component may be obtained, and the oxygen saturation SpO2 may be obtained directly using the above equation (2).

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。   By the way, when the user is exercising or the like, the biological spectrum signals Fsa and Fsb include frequency components corresponding to body movement (that is, movement of the arm). Therefore, in order to measure biological information (oxygen saturation, pulse) more accurately, it is necessary to remove body motion components from the biological spectrum signals Fsa and Fsb. Therefore, the pulse oximeter 1 according to the present embodiment includes a body motion sensor 140 that detects body motion, as shown in FIG. The body motion sensor 140 includes an acceleration sensor for detecting repeated movements of arm swings associated with walking as user body motions. The body motion sensor 140 including an acceleration sensor is built in the apparatus main body 100, detects the acceleration of the user's arm swing, and outputs it to the body motion signal amplification circuit 142 as a body motion signal.

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。   The body motion signal amplification circuit 142 amplifies the body motion signal and outputs the amplified body motion signal to the A / D conversion circuit 122. As described above, the A / D conversion circuit 122 performs analog / digital conversion on the body movement signal and outputs the signal to the CPU 130 only while the control signal is input from the CPU 130. That is, the A / D conversion circuit 122 alternately receives the biological detection signal from the biological signal amplification circuit 120 and the body movement signal from the body movement signal amplification circuit 142 at regular intervals (that is, time division), and analog / digital. It converts and outputs to CPU130. When the body motion signal converted into the digital signal is captured for a certain period, the CPU 130 calculates the frequency component of the body motion signal by executing the FFT process to obtain the body motion spectrum signal Ft. Then, the CPU 130 obtains the oxygen saturation by subtracting the body motion spectrum signal Ft in order to remove the body motion component from the biological spectrum signals Fsa and Fsb.

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)。   FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the biological information measurement process. As shown in this figure, when the CPU 130 of the pulse oximeter 1 detects that the start / end button 116 is operated by the user and a measurement start instruction is made (step S1: Yes), the CPU 130 of the pulse oximeter 1 sends the A / D conversion circuit 122. A control signal is output and operated, and each of the LEDs 1022a and 1022b and the body motion sensor 140 of the biological sensor unit 102 is operated exclusively (time-division), and the biological detection signal based on the light emission of the LED 1022a and the LED 1022b The living body detection signal based on the light emission and the body motion signal are taken in a time division manner (step S2).

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)。   Next, the CPU 130 performs FFT processing on each of the living body detection signal and the body motion signal, and calculates each of the biological spectrum signals Fsa and Fsb and the body motion spectrum signal Ft (step S3). Then, the CPU 130 subtracts the body motion spectrum signal Ft from each of the biological spectrum signals Fsa and Fsb in order to remove the body motion component from the biological spectrum signals Fsa and Fsb (step S4), and the subtracted biological spectrum signal Fsa. Based on Fsb, the oxygen saturation and the pulse rate (ie, biological information) are calculated (step S5).

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SpO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SpO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SpO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。 FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the biological information calculation process. First, in order to obtain the oxygen saturation SpO 2 using the above equation (3), the CPU 130 uses the biological spectrum signals Fsa and Fsb as the spectral components Fsao and Fsbo having the frequency “0 Hz”, the spectral component Fsah having the maximum power, Fsbh (step S50), and from these spectral components Fsao, Fsbo, Fsah, and Fsbh, the value of (Fsbh / Fsbo) / (Fsah / Fsao), that is, the absorbance ratio of each of the two wavelengths is calculated ( Step S51). Then, the CPU 130 specifies the oxygen saturation SpO 2 corresponding to the calculated absorbance ratio with reference to the table data stored in the ROM 132 (step S52). Here, the oxygen saturation SpO 2 is obtained from the above equation (3) based on the frequency analysis value. However, the present invention is not limited to this, and the biological detection signal waveform (A / D conversion value) from the photodetector 1024 is used. An AC component (pulse wave amplitude) and a DC component may be obtained, and the oxygen saturation SpO2 may be directly obtained using the above equation (2).

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)。   Next, the CPU 130 calculates the pulse rate by the following equation (4) using the fact that the frequency of the spectrum components Fsah and Fsbh having the maximum power among the biological spectrum signals Fsa and Fsb indicates the pulse (step S53).

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。
Pulse rate (beats / minute)
= Frequency of power maximum component Fsah of biological spectrum signal × 60 (4)
Or
Pulse rate (beats / minute)
= Frequency of power maximum component Fsbh of biological spectrum signal × 60 ·· (4 ′)
Note that the pulse rate can be calculated using any of the biological spectrum signals Fsa and Fsb obtained corresponding to each of the LEDs 1022a and 1022b. Accordingly, the pulse rate may be calculated using any one of the biological spectrum signals, and the average value of the pulse rates calculated for each of the biological spectrum signals Fsa and Fsb is calculated in order to reduce the error. You may do it.

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。   Returning to FIG. 7 again, the CPU 130 displays the oxygen saturation and the pulse rate calculated in step S5 on the liquid crystal display unit 108 (step S6: see FIG. 9), and notifies the user of the measurement result. Then, the CPU 130 determines whether or not there is an instruction to end the biological information measurement by the user's operation of the start / end button 116 (step S7). If the determination result is No, the biological information measurement is continued. In order to carry out, while returning the processing procedure to step S2, if the determination result is Yes, the CPU 130 ends the biological information measurement processing. In the biometric information calculation process described above, the biometric information is calculated in the order of oxygen saturation and pulse rate. However, it is needless to say that the configuration may be such that the pulse rate and oxygen saturation are calculated in this order.

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。   In this embodiment, instead of the conventional infrared light, by using the LED 1022a that irradiates blue light (center wavelength 480 nm), more accurate biological information measurement can be achieved without being affected by external light. ing. Hereinafter, the result of the performance test performed on the configuration of the present embodiment will be described in comparison with the conventional configuration.

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。   As shown in FIG. 10, this performance test is performed with one arm of the subject U placed in the dark room and the other arm exposed to extraneous light, and the reference pulse oximeter is placed on the arm in the dark room. Two test pulse oximeters 1Ea and 1Eb are attached to the arm to which 1R is attached and illuminated by external light. The reference pulse oximeter 1R uses two wavelengths of red light (center wavelength: about 660 nm) and infrared light (center wavelength: about 940 nm) as light to irradiate the living tissue. The test pulse oximeter 1Ea uses light having a center wavelength of about 480 nm and light having a center wavelength of about 660 nm (this embodiment) as light of two wavelengths, and the test pulse oximeter 1Eb includes Light having a center wavelength of about 940 nm and light having a center wavelength of about 660 nm (conventional configuration) are used. However, each of the test pulse oximeters 1Ea and 1Eb has substantially the same configuration except that the wavelength of the light source is different, and factors other than the light source wavelength do not affect the test result. Further, the two test pulse oximeters 1Ea and 1Eb are attached at the same time, and the biosensor unit is attached to different fingers (for example, the index finger and the middle finger).

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。   In such a test environment, first, the measurement was performed after stopping the irradiation of external light. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the oxygen saturation SpO2 obtained from the reference pulse oximeter 1R and the absorbance ratio of two wavelengths for each of the test pulse oximeters 1Ea and 1Eb. As shown in this figure, when there is no influence of extraneous light, a linear correlation is found with the measured value of the reference pulse oximeter 1R regardless of which test pulse oximeter 1Ea, 1Eb is used. In both cases, it is understood that there is no hindrance in the measurement of biological information.

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。   Next, FIG. 12 shows the result obtained when the external light is irradiated. As shown in this figure, the test pulse oximeter 1Ea using the wavelength of the present embodiment as a light source has a linear correlation with the reference pulse oximeter 1R, as in the case of no external light irradiation. Although it has a relationship, in the test pulse oximeter 1Eb having the conventional configuration, the correlation with the reference pulse oximeter 1R is broken, and it is understood that accurate biological information cannot be measured.

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。   This is because, of the extraneous light, light having a wavelength region of about 700 nm or more (that is, light having a longer wavelength than near-infrared light) reaches the photodetector 1024 using the finger as a light guide. As a result, in the conventional configuration using light with a wavelength of 940 nm, noise due to extraneous light is included in the photodetector 1024, and as shown in FIG. 12, the measured values vary. On the other hand, most of the extraneous light having a wavelength region of about 700 nm or less does not reach the photodetector 1024 because most of it is absorbed by the living tissue when passing through the finger. Therefore, by using light in a wavelength region of about 700 nm or less, biological information can be measured without being affected by extraneous light.

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。   However, since light having a wavelength region of about 400 nm or less is almost absorbed by the skin surface, the light does not reach the blood vessels, and measurement itself becomes difficult. Therefore, when measuring biological information by irradiating a living tissue including arterial blood and receiving reflected light or transmitted light, light belonging to a wavelength range of about 400 nm to about 700 nm may be selected. It becomes. Therefore, in the present embodiment, an LED having a center wavelength of about 470 nm and an LED having a wavelength of about 660 nm are used so that biological information can be detected without being affected by external light.

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SpO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。 Incidentally, as shown in FIGS. 11 and 12, in the test pulse oximeter 1Ea corresponding to the configuration of the present embodiment, the measured value has a linear correlation with the reference pulse oximeter 1R. The inclination is smaller than that of the conventional configuration (see FIG. 11), and the resolution of the oxygen saturation SpO 2 measurement is inferior to that of the conventional configuration. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, in order to obtain the same resolution as the conventional configuration, the inclination of the measurement result obtained by the test pulse oximeter 1Ea of the configuration of the present embodiment is corrected, and the inclination Has increased. FIG. 14 is a diagram illustrating a result obtained by adding the above correction to the result obtained when the external light is irradiated. As shown in this figure, the test pulse oximeter 1Ea having the configuration of the present embodiment has a linear correlation with the reference pulse oximeter 1R, and has a large inclination, which is influenced by external light. It can be seen that measurement with good resolution is possible.

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。
As described above, according to the present embodiment, since the wavelength of light irradiating the living tissue including arterial blood is set to about 470 nm and about 660 nm, even if it is used outdoors, external light is used. The biological information can be measured accurately without being affected by the above. Further, since the reflected light is received instead of the light that passes through arterial blood, the photodetector 1024 can obtain a sufficient amount of received light even when light having a short wavelength is used as the irradiation light. Furthermore, the measurement resolution can be improved because the linear relationship between the measured value obtained using these wavelengths and the oxygen saturation is corrected to increase its slope.
<Modification>
The above-described embodiments are merely examples of the present invention, and can be arbitrarily modified within the scope of the present invention. Accordingly, various modifications will be described below.
(Modification 1)
In the above-described embodiment, light having a wavelength of about 470 nm and light having a wavelength of about 660 nm are used as light to irradiate the living tissue, but the present invention is not limited to this. That is, as shown in FIG. 17, any light can be used as long as it belongs to a wavelength range of about 400 nm to about 700 nm, so that it is not affected by extraneous light and is absorbed by living tissue. Biological information can be measured without being affected by the above.

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λiHbOとした場合に(但しi=1、2)、
(λ1Hb/λ1HbO)/(λ2Hb/λ2HbO)≦0.15
の関係を満足する波長である(例えば、λ1=660nm、λ2=470nm)。
Here, in order to improve the measurement resolution, light having a wavelength (for example, wavelength 660 nm) in which the absorbance of oxyhemoglobin is smaller than the absorbance of reduced hemoglobin in the arterial blood flow in the wavelength range of about 400 nm to about 700 nm. On the contrary, it is desirable to use light having a wavelength (for example, a wavelength of 470 nm) at which the absorbance of oxyhemoglobin is greater than the absorbance of reduced hemoglobin. In other words, when the first wavelength is λ1, the second wavelength is λ2, the absorbance of reduced hemoglobin in the arterial blood flow at wavelengths λ1 and λ2 is λiHb, and the absorbance of oxyhemoglobin is λiHbO 2 (where i = 1, 2),
(Λ1Hb / λ1HbO 2 ) / (λ2Hb / λ2HbO 2 ) ≦ 0.15
(For example, λ1 = 660 nm, λ2 = 470 nm).

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。
By using light of these wavelengths, the slope in the linear relationship between the measured value and the oxygen saturation can be made relatively large, thereby increasing the measurement resolution. As described above, even in this configuration, when the measurement resolution is inferior to the conventional configuration, the resolution can be improved by correcting the inclination.
(Modification 2)
In the above-described embodiment, the configuration in which the pulse oximeter 1 is mounted near the base of the finger and irradiates light to the blood vessel in the vicinity of the pulse oximeter 1 has been described.
(Modification 3)
In the above-described embodiment, light having two wavelengths is received in a time division manner using one photodetector 1024, and biological information is calculated based on the light reception result. It is good also as a structure which uses one photo detector for every. Thereby, it is not necessary to drive the LED or the like in a time division manner, and the arithmetic processing is facilitated.
(Modification 4)
In the above-described embodiment, the body motion sensor 140 is used to remove the body motion component from the light reception result (biological detection signal) received by the photodetector 1024. However, the present invention is not limited to this. That is, instead of the body motion sensor 140, an expected pseudo body motion component may be stored in the ROM 132 in advance, and the body motion component may be removed from the light reception result (biological detection signal) using this. Note that if the user is used only when the user is in a resting state, the body motion component included in the light reception result (biological detection signal) can be substantially ignored, so there is no need to provide a configuration for removing the body motion component.

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。It is a figure which shows the external appearance structure of the pulse oximeter which concerns on embodiment of this invention. 同生体センサユニットの装着の態様を示す図である。It is a figure which shows the aspect of mounting | wearing with the biosensor unit. 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。It is a sectional side view which shows typically the structure of the biosensor unit. 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。It is a top view which shows typically the structure of the biosensor unit. 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。It is a block diagram which shows the functional structure of the pulse oximeter. 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。It is a figure which shows the relationship between the measured value of the pulse oximeter, and oxygen saturation. 生体情報測定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a biometric information measurement process. 生体情報算出処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a biometric information calculation process. 生体情報を利用者に報知する態様を示す図である。It is a figure which shows the aspect which alert | reports biometric information to a user. 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。It is a figure which shows the experimental condition of the comparison experiment of the structure of this invention, and a conventional structure. 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。It is a figure which shows the measurement result of the structure of this invention, and a conventional structure when there is no irradiation of extraneous light. 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。It is a figure which shows the measurement result of the structure of this invention, and a conventional structure in case there exists irradiation of external light. 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。It is a figure for demonstrating correction | amendment with respect to the measurement result of the structure of this invention. 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。It is a figure which shows the result of having correct | amended the measurement result of the structure of this invention when there exists irradiation of external light. 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。It is a figure which shows the relationship between the wavelength of light, and the molecular extinction coefficient (absorbance) of each of reduced hemoglobin and oxyhemoglobin.

符号の説明Explanation of symbols

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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pulse oximeter (biological information measuring device), 102 ... Biosensor unit, 130 ... CPU, 140 ... Body motion sensor, 1022a, 1022b ... LED, 1024 ... Photo detector.

Claims (3)

動脈血流を含む生体組織に、約400nmから約700nmまでの波長域の異なる2つの波長λ1、λ2(但し、λ1>λ2)であって、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波長λ1の光と、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波長λ2の光をそれぞれ照射する第1および第2の光源と、
前記波長λ1、λ2の各光について、前記生体組織に吸光された後、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受光手段と、
前記受光手段の受光結果により示される2つの波長λ1、λ2の各々の吸光度のスペクトル信号に基づいて酸素飽和度を算出する演算手段と、
前記波長λ1、λ2の各光の照射箇所を含む身体部位の動きを検出する加速度センサとを備え、
記演算手段は、前記2つの波長λ1、λ2の各々の吸光度のスペクトル信号から、前記加速度センサの検出信号の周波数成分に基づいて算出した体動スペクトル信号を減算して前記酸素飽和度を算出する
ことを特徴とする生体情報測定装置。
Biological tissue including arterial blood flow has two wavelengths λ1, λ2 (where λ1> λ2) having different wavelength ranges from about 400 nm to about 700 nm, and is oxidized more than the absorbance of reduced hemoglobin in the arterial bloodstream. First and second light sources for irradiating light of wavelength λ1 belonging to a wavelength region where the absorbance of hemoglobin is small and light of wavelength λ2 belonging to a wavelength region where the absorbance of oxyhemoglobin is larger than the absorbance of reduced hemoglobin, respectively. When,
A light receiving means for receiving light reflected by the biological tissue including the arterial blood flow after being absorbed by the biological tissue with respect to each of the wavelengths λ1 and λ2 .
Arithmetic means for calculating oxygen saturation based on spectral signals of absorbance at each of the two wavelengths λ1 and λ2 indicated by the light reception result of the light receiving means;
An acceleration sensor that detects the movement of the body part including the irradiation part of each light of the wavelengths λ1 and λ2,
Before SL calculating means, the calculating two wavelengths .lambda.1, from the spectrum signal of each of the absorbance .lambda.2, the oxygen saturation by subtracting the body motion spectrum signal calculated based on the frequency component of the detection signal of the acceleration sensor A biological information measuring device.
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または2に記載の生体情報測定装置。   The biological information measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein a center wavelength of the first light source is about 660 nm, and a center wavelength of the second light source is about 470 nm. 前記第1および第2の光源は、利用者の指に固定可能なセンサ固定バンド上に配置されている特徴とする請求項1又は2に記載の生体情報測定装置。 Said first and second light source, the biological information measuring apparatus according to claim 1 or 2, characterized disposed on the user's finger can be fixed sensor fixing band.
JP2003286382A 2003-08-05 2003-08-05 Biological information measuring device Expired - Fee Related JP4385677B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003286382A JP4385677B2 (en) 2003-08-05 2003-08-05 Biological information measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003286382A JP4385677B2 (en) 2003-08-05 2003-08-05 Biological information measuring device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2005052385A JP2005052385A (en) 2005-03-03
JP2005052385A5 JP2005052385A5 (en) 2006-09-21
JP4385677B2 true JP4385677B2 (en) 2009-12-16

Family

ID=34365694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003286382A Expired - Fee Related JP4385677B2 (en) 2003-08-05 2003-08-05 Biological information measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4385677B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11051760B2 (en) 2016-05-09 2021-07-06 Belun Technology Company Limited Wearable device for healthcare and method thereof

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006263356A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Konica Minolta Sensing Inc Bioinformation measuring apparatus
WO2007100959A2 (en) * 2006-02-28 2007-09-07 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Biometric monitor with electronics disposed on or in a neck collar
JP5098380B2 (en) * 2007-03-14 2012-12-12 セイコーエプソン株式会社 Pulse measuring device and control method thereof
JP5196323B2 (en) * 2009-02-23 2013-05-15 日本光電工業株式会社 Blood oxygen saturation measuring device
JP5407768B2 (en) * 2009-11-04 2014-02-05 セイコーエプソン株式会社 Pulse measuring device
AU2012282934A1 (en) * 2011-07-08 2013-12-19 Lifeq Global Limited Personalized nutritional and wellness assistant
US9515417B2 (en) 2014-01-14 2016-12-06 Covidien Lp Sensor interconnect for medical monitoring devices
USD736711S1 (en) 2014-04-24 2015-08-18 Covidien Lp Sensor connector
USD735141S1 (en) 2014-04-24 2015-07-28 Covidien Lp Sensor connector
JP6509912B2 (en) * 2014-05-22 2019-05-08 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. Method and apparatus for optical sensing of tissue variations with increased accuracy
US9614337B2 (en) 2014-06-19 2017-04-04 Covidien Lp Multiple orientation connectors for medical monitoring systems
USD794567S1 (en) 2014-12-18 2017-08-15 Covidien Lp Sensor cable and connector
EP3087916B1 (en) * 2015-04-28 2023-09-20 Nokia Technologies Oy Physiological measurement sensor
CN112932416A (en) 2015-06-04 2021-06-11 松下知识产权经营株式会社 Biological information detection device and biological information detection method
USD862709S1 (en) 2017-09-20 2019-10-08 Covidien Lp Medical sensor
JP7432454B2 (en) 2020-06-30 2024-02-16 日本特殊陶業株式会社 Oxygen saturation measuring device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0666633U (en) * 1993-02-26 1994-09-20 日本電気三栄株式会社 Pulse oximeter
JP3497012B2 (en) * 1994-11-30 2004-02-16 謙 石原 Non-invasive blood analyzer
JPH09215664A (en) * 1996-02-13 1997-08-19 Nippon Colin Co Ltd Evaluator of autonomic nerve function
JP2001112728A (en) * 1999-10-15 2001-04-24 Advanced Medical Kk Pulsimeter
JP2001149349A (en) * 1999-11-26 2001-06-05 Nippon Koden Corp Sensor for living body
JP3727592B2 (en) * 2002-01-07 2005-12-14 株式会社ケーアンドエス Blood pressure measurement device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11051760B2 (en) 2016-05-09 2021-07-06 Belun Technology Company Limited Wearable device for healthcare and method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005052385A (en) 2005-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4385677B2 (en) Biological information measuring device
KR101225849B1 (en) Method and device for measuring the pulse by means of light waves with two wavelengths
US9380969B2 (en) Systems and methods for varying a sampling rate of a signal
US8123695B2 (en) Method and apparatus for detection of venous pulsation
JP3689914B2 (en) Biological information measuring device
US7206621B2 (en) Pulse oximeter
JP3969412B2 (en) Biological information measuring device
KR20140069055A (en) Wearable pulse oximetry device
JP2004261366A (en) Biological state detecting device, sensor, and method of detecting biological state
US20100240973A1 (en) Blood oximeter
JP2004230000A (en) Instrument for measuring concentration of light absorptive substance in blood
JP2004135854A (en) Reflection type photoelectric pulse wave detector and reflection type oxymeter
US20100081892A1 (en) Systems and Methods for Combined Pulse Oximetry and Blood Pressure Measurement
JP6431697B2 (en) Wrist-mounted pulse oximeter
US8588879B2 (en) Motion compensation in a sensor
CN107198529B (en) Blood oxygen saturation sensor with LED current modulation
KR20190105422A (en) method for measuring blood grucose and wearable type apparatus for the same
US8840562B2 (en) Signal processing warping technique
JP6373511B2 (en) Optical analysis system and method
JP4433756B2 (en) Biological information measuring device, control method therefor, control program, and recording medium
JP4534535B2 (en) Biological evaluation apparatus and control method of biological evaluation apparatus
JP5077326B2 (en) Biological information measuring device, control method therefor, and control program
RU2294141C1 (en) Device for measuring oxygenation level and pulse frequency
JPH09215664A (en) Evaluator of autonomic nerve function
US20230210390A1 (en) Sensor device to mitigate the effects of unwanted signals made in optical measurements of biological properties

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060803

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060803

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090421

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090428

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090622

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090714

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090818

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090818

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090908

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090921

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4385677

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121009

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121009

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131009

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees