CN107773249A - 生物体信息取得装置以及生物体信息取得方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物体信息取得装置以及生物体信息取得方法。存储部(400)对发光元件(53)的发光累积次数或发光累积时间进行存储，控制部(300)在发光累积次数大于预定发光次数、或者发光累积时间长于预定发光时间的情况下，以使为了取得一次的受光结果的、发光元件(53)发光的发光次数或发光时间相对于设定发光次数或设定发光时间而增大的方式，使发光元件(53)朝向生物体发光，受光部(S)根据对朝向生物体发光并穿透了生物体的光进行受光后的受光结果，而取得生物体的信息。

Description

生物体信息取得装置以及生物体信息取得方法
于2016年8月24日提交的日本专利申请第2016-163348号的全部公开内容以参照的方式被引用于此。
技术领域
本发明涉及一种生物体信息取得装置以及使用了该生物体信息取得装置的生物体信息取得方法。
背景技术
一直以来，已知有一种取得血管或与血管中的血液相关的生物体信息的生物体信息取得装置(血液成分测量装置)(例如，专利文献1)。在专利文献1中记载了如下内容，即，由存在于受光位置处的受光元件取得从存在于照射位置处的发光元件所照射的光以作为受光结果，并利用该受光结果来取得生物体信息。
然而，专利文献1所记载的生物体信息取得装置的发光元件由于反复施加电流，因而光量会劣化，尽管是渐渐的过程。因此，存在使用频率较多的发光元件的光量会劣化从而SN比降低这样的课题。
专利文献
专利文献1：日本特开2014-124455号公报
发明内容
本发明是用于解决上述课题的至少一部分而被完成的发明，并且能够作为以下的方式或应用例来实现。
应用例1
本应用例所涉及的生物体信息取得装置的特征在于，具备：发光部，其使多个发光元件发光，并向生物体照射光；受光部，其对穿透了所述生物体的光进行受光；控制部，其对所述发光部与所述受光部进行控制；存储部，其对用于控制所述控制部的程序进行存储，所述存储部对所述发光元件的发光累积次数或发光累积时间进行存储，所述控制部在所述发光累积次数大于预定发光次数、或者所述发光累积时间长于预定发光时间的情况下，以使为了取得一次的受光结果的、所述发光元件所发光的发光次数或发光时间相对于设定发光次数或设定发光时间而增大的方式，使所述发光元件朝向所述生物体发光，所述受光部根据对朝向所述生物体发光并穿透了所述生物体的光进行受光后的受光结果，而取得所述生物体的信息。
根据本应用例，对被重复使用的发光元件的发光累积次数或发光累积时间进行存储，并在发光累积次数大于预定发光次数、或者发光累积时间长于预定发光时间的情况下，以使为了取得一次的受光结果的、发光元件所发光的发光次数或发光时间相对于设定发光次数或设定发光时间而增大的方式，使发光元件发光，由此，能够确保为了取得一次的受光结果所需的光量，从而能够减少发光结果的SN比的劣化。因此，能够高精度地取得生物体的信息。
应用例2
在上述应用例所述的生物体信息取得装置中，优选为，具备：第一受光部，其对穿透了所述生物体的测量对象的血管部的光进行受光；第二受光部，其对穿透了所述生物体的非血管部的光进行受光。
根据本应用例，由于具备对穿透了生物体的测量对象的血管部的光进行受光的第一受光部、和对穿透了生物体的非血管部的光进行受光的第二受光部，因此通过对两个受光结果进行比较，从而能够更高精度地取得血管部的生物体的信息。
应用例3
在上述应用例所述的生物体信息取得装置中，所述生物体的信息优选为血液中的葡萄糖浓度或血氧饱和度。
根据本应用例，能够更高精度地取得作为生物体的信息的血液中的葡萄糖浓度或血氧饱和度。
应用例4
本应用例所涉及的生物体信息取得方法，其特征在于，通过生物体信息取得装置而取得生物体信息，所述生物体信息取得装置具备：发光部，其使多个发光元件发光，并向生物体照射光；受光部，其对穿过了所述生物体的光进行受光；控制部，其对所述发光部与所述受光部进行控制；存储部，其对用于控制所述控制部的程序进行存储，所述生物体信息取得方法具备：对所述发光元件的发光累积次数或发光累积时间进行存储的工序；在所述发光累积次数大于预定发光次数、或者所述发光累积时间长于预定发光时间的情况下，以使为了取得一次的受光结果的、所述发光元件发光的发光次数或发光时间相对于设定发光次数或设定发光时间而增大的方式，使所述发光元件朝向所述生物体发光的工序；所述受光部根据对朝向所述生物体发光并穿透了所述生物体的光进行受光后的受光结果，而取得所述生物体的信息的工序。
根据本应用例，对被重复使用的发光元件的发光累积次数或发光累积时间进行存储，并在发光累积次数大于预定发光次数、或者发光累积时间长于预定发光时间的情况下，以使为了取得一次的受光结果的、发光元件发光的发光次数或发光时间相对于设定发光次数或设定发光时间而增大的方式，使发光元件发光，由此，能够确保为了取得一次的受光结果所需的光量，从而能够减少发光结果的SN比的劣化。因此，能够高精度地取得生物体的信息。
附图说明
图1为表示实施方式1所涉及的生物体信息取得装置的结构的模式图。
图2为表示生物体信息取得装置的表面的结构的模式图。
图3为表示生物体信息取得装置的背面的结构的模式图。
图4为表示传感器模块的一部分的俯视模式图。
图5为传感器模块的剖视模式图。
图6为对取得血管图案(血管位置)的状态进行说明的模式图。
图7为表示基于生物体图像而获得的血管图案的示例的图。
图8为基于图7的血管图案而获得的测量对象的血管部位的一个示例。
图9为对发光部与受光部的选择进行说明的图。
图10为对生物体组织内的光的传播进行说明的图。
图11为表示发光部与发光元件的关系以及受光部与受光元件的关系的图。
图12为实施方式1所涉及的生物体信息取得装置的功能结构图。
图13为表示血管部位数据的数据结构的一个示例的图。
图14为表示发光元件的发光累积时间与亮度的关系的图。
图15为表示为了获得一次的受光结果的发光次数与SN比的关系的图。
图16为对血糖值测量处理的流程进行说明的流程图。
图17为对血糖值测量处理的步骤S160进行详细说明的图。
图18为对血糖值测量处理的步骤S190进行详细说明的图。
图19为对实施方式2所涉及的血糖值测量处理的流程进行说明的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的各个附图中，为了将各层或各部件设为可识别的程度的大小，而使各层或各部件的尺寸与实际不同。
实施方式1
A1.装置结构
首先，参照图1～图5，对本实施方式所涉及的生物体信息取得装置10的结构进行说明。
图1为表示实施方式1所涉及的生物体信息取得装置10的结构的模式图。此外，图2为表示生物体信息取得装置10的表面的结构的模式图，图3为表示生物体信息取得装置10的背面的结构的模式图。图4为表示传感器模块50的一部分的俯视模式图，图5为传感器模块50的剖视模式图。
生物体信息取得装置10为使用光而以非侵害性的方式对使用者2的生物体信息进行测量的生物体信息取得装置。在本实施方式中，作为生物体信息，列举取得作为使用者2的血液中的葡萄糖浓度的血糖值的生物体信息取得装置10作为一个示例来进行说明。生物体信息取得装置10为腕表型，并且为以具备主体外壳12、用于将主体外壳12安装固定在使用者2的手腕或手臂等测量部位上的固定带14的方式而构成的可佩戴装置(可佩戴设备)。
在主体外壳12的表面(在佩戴于使用者2上时朝向外侧的面)上设置有触摸面板16和操作开关18。利用该触摸面板16和操作开关18，从而使用者2能够实施测量开始指示的输入、或者将测量结果显示在触摸面板16上。
此外，在主体外壳12的侧面上设置有用于与外部装置进行通信的通信装置20、存储卡22的读卡器24。通信装置20通过用于拆装有线电缆的插口、或者用于实施无线通信的无线通信模块以及天线来实现。存储卡22为闪存或铁电存储器(FeRAM：FerroelectricRandom Access Memory,铁电随机存取存储器)、磁阻存储器(MRAM：MagnetoresistiveRandom Access Memory，磁阻随机存取存储器)等可数据擦写的非易失性存储器。
此外，在主体外壳12的背面上，传感器模块50以能够与使用者2的皮肤面接触的方式被设置。传感器模块50为，向使用者2的皮肤面照射测量光，并且对穿透使用者2的身体的光或在使用者2的身体上所反射的光进行受光的测量用设备，并成为光源内置的薄型图像传感器。
另外，主体外壳12中内置有充电式的蓄电池26和控制基板30。作为向蓄电池26充电的充电方式，既可以采用在主体外壳12的背面侧设置电接点并将蓄电池26放置在与家庭用电源连接的的支架中，并通过电接点经由支架而被充电的结构，也可以为无线式充电。
控制基板30上搭载有CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、主存储器、测量数据用存储器、触摸面板控制器、传感器模块控制器。主存储器为，能够对程序或初始设定数据进行存储、或对CPU的运算值进行存储的存储介质，并由RAM或ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、闪存等来实现。另外，也可以采用程序或初始设定数据被存储于存储卡22中的结构。测量数据用存储器为用于对测量数据进行存储的存储介质，并由闪存或铁电存储器(FeRAM)、磁阻存储器(MRAM)等可擦写数据的非易失性存储器来实现。另外，也可以采用将测量数据存储于存储卡22中的结构。
如图4所示，传感器模块50在其受发光区域内，具有各自规则地排列的多个发光元件53以及多个受光元件59。此处，受发光区域是指包含多个发光元件53以及受光元件59的区域。
此外，如图5所示，传感器模块50为，以层压有发光层52、遮光层54、分光层56、受光层58的方式而构成的光学传感器，其中，发光层52为将多个发光元件53二维排列成平面状而形成的层，遮光层54为选择性地切断朝向受光层58的光以外的光的层，分光层56为选择性地使近红外线穿透的层，受光层58为将多个受光元件59二维排列成平面状而形成的层。而且，该传感器模块50被设置在主体外壳12的背面侧，以使正面侧(发光层52的一侧的面)朝向使用者2的皮肤面。
发光元件53为向生物体照射光的部位，例如由LED(Light Emitting Diode：发光二极管)或OLED(Organic Light Emitting Diode：有机发光二极管)等来实现。在本实施方式中，为了对血糖值(血液中的葡萄糖浓度)进行测量，而将发光元件53设为能够发出包含具有皮下穿透性的近红外线的光的元件。
受光元件59为，对穿透生物体或在生物体上所反射的光进行受光并输出与受光量相对应的电信号的部位，例如由CCD(Charge Coupled Device Image Sensor：电荷耦合器件图像传感器)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductior Image Sensor：互补金属氧化物半导体图像传感器)等拍摄元件来实现。此外，一个受光元件59包含对检量所需的各个波长成分的光进行受光的多个元件。
如图4所示，发光元件53以及受光元件59在由共用的Xs-Ys正交坐标系所定义的平面上被配置为矩阵状。而且，虽然发光元件53与受光元件59以在各自中的Xs、Ys轴方向的各个方向上配置间隔相同但在Xs-Ys平面上相互不同的方式而配置。即，以发光元件53与受光元件59的Xs、Ys轴方向上的位置相互错开预定长度的方式而排列。
另外，发光元件53以及受光元件59的各自的配置间隔能够适当地设定。例如，配置间隔优选为1μm～500μm，而从兼顾制造成本与测量精度来看，也能够设为例如50μm～200μm。此外，并不限定于发光元件53与受光元件59被层压的结构，发光元件53与受光元件59也可以被并列配置。
A2.测量原理
接下来，参照图6～图11，对本实施方式所涉及的生物体信息取得装置10的血糖值的测量原理进行说明。
(A)血糖值的测量
在进行血糖值的测量时，生物体信息取得装置10利用固定带14而以使传感器模块50紧贴在使用者2的皮肤面上的方式被固定在使用者2上。通过使传感器模块50紧贴在皮肤面上，从而能够对测量光在皮肤面上的反射或在皮肤面附近的散射这样的导致测量精度降低的因素进行抑制。而且，将传感器模块50的正下方的生物体组织内的血管作为测量对象来进行设定，并且对包含测量光穿透了该血管的穿透光在内的光进行受光而求出吸收光谱，从而对血糖值进行推算。
(A-1)血管图案的取得
具体而言，首先，取得从皮肤面进行观察的血管图案(血管位置)。血管图案的取得能够以与公知的静脉认证技术中的静脉图案检测相同的方式来实现。
图6为对取得血管图案(血管位置)的状态进行说明的模式图。如图6所示，使传感器模块50的发光元件53同时发光，并向使用者2的皮肤面照射测量光。而且，使用受光元件59，对测量光穿透了生物体组织的光(穿透光)、或在生物体组织上所反射的光(反射光)进行受光即拍摄，从而取得生物体图像。另外，在取得生物体图像时，也可以仅使传感器模块50的一部分的发光元件53发光。
由于血管4与非血管部(非血管区域8)相比较容易吸收近红外线，因此在所取得的生物体图像中，血管的部分与非血管的部分相比亮度较暗。因此，通过在生物体图像中提取亮度较低的部分，从而能够提取血管图案。即，根据每个构成生物体图像的像素的亮度是否为预定的阈值以下，从而能够取得在该受光元件59的正下方是否存在有血管、即血管的位置。
图7为表示基于生物体图像而获得的血管图案P4的示例的图。血管图案P4为示出了每个构成生物体图像的像素、即每个受光元件59的位置是血管4还是非血管区域8的信息。在图7中，阴影的带状的部分为血管4，除此之外的空白的部分作为非血管区域8而被提取。
(A-2)测量对象的血管部位的选择
若取得了血管图案，则接下来对作为测量对象的血管4(更具体而言为血管部位)进行选择。以满足接下来的选择条件的方式而对作为测量对象的血管部位进行选择。选择条件是指，“血管的分支部分或合流部分、图像的端部以外的部位，并且在血管长度方向上具有预定的长度以及预定的宽度”。
在血管4的分支/合流部分5a(参照图7)中，可能在所受到的光中混合有从测量对象以外的血管4穿过了的光。测量对象的血管部位以外的血管4的穿透光可能会影响测量对象的血管部位的吸收光谱，从而降低测量精度。因此，从除了血管4的分支/合流部分5a以外的血管部分中选择测量对象的血管部位。
此外，由于在生物体的图像端部5b(参照图7)中，图像的外侧附近的血管4的分支或合流这样的结构不明确，因此可能由于与上述相同的理由而导致测量精度的降低。为了避免这种情况，从除了图像端部5b的血管4以外部分中选择测量对象的血管部位。
来自发光元件53的照射光在生物体组织内扩散反射，并且其一部分由受光元件59所接受。即，虽然由受光元件59接受的光的一部分成为作为对象的血管4的穿透光，但该穿透光的比例越高，则越能够成为更显著地显示了作为对象的血管4的血中成分的特征的吸收光谱。即，测量精度变高。
描绘得较细的血管4(宽度方向上的长度较短的血管)为原本较细的血管4，或者为处于较深的位置处的血管4。在这种血管4中，穿透光的光量较少，从而能够发生测量精度降低的情况。因此，从描绘得较细的血管4以外的血管4部分(即，具有预定的宽度的血管部位)中选择测量对象的血管部位。
而且，图8为基于图7的血管图案P4而获得的测量对象的血管部位6的一个示例。在图8中，血管4中的以斜线而被标记了影线的部分为作为测量对象而被选择的血管部位6。
(A-3)发光部以及受光部的选择
接下来，对发光部L与受光部S进行选择。
图9为对发光部L与受光部S的选择进行说明的图。在本实施方式中，(ⅰ)作为测量用发光部Ld而选择处于血管4的上方的发光部L，(ⅱ)作为第一受光部的测量用受光部Sd而选择从测量用发光部Ld起远离了预定距离W、且处于血管4的上方的受光部S。此处，“血管的上方”是指，测量对象的血管部位6的上方。由此，测量用受光部Sd对穿透了作为血管部的血管4的光进行受光。
此外，(ⅲ)作为参考用发光部Lr而选择未处于血管4的上方的发光部L，(ⅳ)作为第二受光部的参考用受光部Sr而选择从参考用发光部Lr起远离了预定距离W、且未处于血管4的上方的受光部S。此处，“未处于血管的上方”是指，未处于包含测量对象的血管部位6的血管4的上方。由此，参考用受光部Sr对穿透了非血管部(非血管区域8)的光进行受光。另外，预定距离W以如下方式被确定。
图10为对生物体组织内的光的传播进行说明的图，并示出了沿着深度方向的剖视图。从某个发光部L所照射的光在生物体组织内扩散反射，并且所照射的光的一部分到达至某个受光部S。该光的传播路径形成所谓的香蕉形状(由两个弧所夹持的区域)，并在大致中央附近处深度方向的宽度最宽，并且根据发光元件53与受光元件59之间的间隔而整体的深度(可到达的深度)变深。
为了提高测量精度，期望更多的穿透了血管4的穿透光被受光部S接受。由此，优选为，成为对象的血管4处于发光部L与受光部S的下方，并且预定距离W根据成为对象的血管4的假定的深度D而被确定。将预定距离W、即发光部L与受光部S之间的最佳间隔W设为距血管4的皮肤面的深度D的大约2倍的距离。例如，当将深度D设为3mm左右时，最佳距离W成为5～6mm左右。接着，对发光部L与发光元件53之间的关系以及受光部S与受光元件59之间的关系进行说明。
图11为表示发光部L与发光元件53之间的关系以及受光部S与受光元件59之间的关系的图。本实施方式中的发光部L由发光区域R1内的多个发光元件53形成。发光区域R1为传感器模块50的受发光区域中的一部分区域，并且是指具有固定的形状以及尺寸的区域。在本实施方式中，将发光区域R1设为在纵(Ys方向)向上含有3个发光元件53且在横(Xs方向)向上含有3个发光元件53的区域，并且使发光区域R1内的全部的发光元件53作为发光部L而发光。在本实施方式中，传感器模块50在纵(Ys方向)向上具备多于3个的发光元件53，且在横(Xs方向)向上具备多于3个的发光元件53。因此，在传感器模块50的受发光区域内存在有多个发光部L。而且，测量用发光部Ld或参考用发光部Lr从多个发光部L中被选择。也将包含有作为测量用发光部Ld而发光的多个发光元件53的区域称为第一发光区域，将包含有作为参考用发光部Lr而发光的多个发光元件53的区域称为第二发光区域。
另外，可以将具有固定的形状以及尺寸的发光区域R1设为例如一个单位量的发光元件53所对应的区域。在该情况下，该区域内的一个发光元件53成为发光部L。此外，可以使发光区域R1内的全部的发光元件53不发光。
同样，本实施方式中的受光部S由受光区域R2内的多个受光元件59形成。受光区域R2为传感器模块50的受发光区域中的一部分区域，并且是指具有固定的形状以及尺寸的区域。在本实施方式中，将受光区域R2设为在纵(Ys方向)向上含有3个受光元件59且在横(Xs方向)向上含有3个受光元件59的区域，并且使受光区域R2内的全部的受光元件59作为受光部S而受光。在本实施方式中，传感器模块50在纵(Ys方向)向上具备多于3个的受光元件59，且在横(Xs方向)向上具备多于3个的受光元件59。因此，在传感器模块50的受发光区域内存在有多个受光部S。而且，测量用受光部Sd或参考用受光部Sr从多个受光部S中被选择。也将包含有作为测量用受光部Sd而受光的多个受光元件59的区域称为第一受光区域，将包含有作为参考用受光部Sr而受光的多个受光元件59的区域称为第二受光区域。另外，对于具有固定的形状以及尺寸的受光区域R2，可以设为例如一个单位量的受光元件59所对应的区域。在该情况下，该受光区域R2内的一个受光元件59成为受光部S。此外，可以使受光区域R2内的全部的受光元件59不受光。在本实施方式中，发光部L与受光部S之间的预定距离W是指，发光区域R1的重心与受光区域R2的重心之间的距离。这些重心为根据区域的形状而确定的几何学上的重心。
在本实施方式中，连接测量用发光部Ld与测量用受光部Sd的直线L1、与连接参考用发光部Lr与参考用受光部Sr的直线L2大致平行。另外，“大致平行”是指，两个直线L1、L2所呈的角为10°以内。此外，优选为，测量用发光部Ld与参考用发光部Lr之间的距离J为6mm以下，在本实施方式中，该距离J为5mm。
(A-4)测量
当选择针对测量对象的血管部位6的测量用发光部Ld、测量用受光部Sd、参考用发光部Lr、以及参考用受光部Sr时，实施血糖值的测量。具体而言，首先，使测量用发光部Ld发光，并取得该光的来自测量用受光部Sd的受光结果Q1(称为“第一受光结果Q1”)。接着，使参考用发光部Lr发光，并取得该光的来自参考用受光部Sr的受光结果Q2(称为“第二受光结果Q2”)。而且，使用受光结果Q1与受光结果Q2而生成吸收光谱。
此时，通过例如使由发光部L发出的光的波长变化从而使朝向皮肤面的照射光的波长λ在近红外区域内发生变化，由此求出每个波长λ的血管部位6的穿透率T。穿透率T(λ)根据通过测量用受光部Sd而获得的光强度Os(λ)、和通过参考用受光部Sr而获得的光强度Or(λ)，并作为T(λ)＝Os(λ)/Or(λ)而获得。而且，根据该穿透率T(λ)而求出吸光率，从而生成吸收光谱。
此处，对于穿透率T的计算原理进行简单说明。通常情况下，当将由发光部L发出的照射光的强度设为P(λ)，将穿透了照射光的物体部分的穿透率设为T(λ)，将在受光部S中所确定的灵敏度设为S(λ)时，由受光部S获得的光强度O(λ)通过O(λ)＝P(λ)×T(λ)×S(λ)而被给出。
根据该关系式，当假定非血管区域8部分的穿透率T(λ)为“1”时，不包含血管4的穿透光的由参考用受光部Sr获得的光强度Or(λ)成为Or(λ)＝P(λ)×S(λ)。
此外，包含血管4的穿透光的由测量用受光部Sd获得的光强度Os(λ)成为Os(λ)＝P(λ)×T(λ)×S(λ)。根据这两个式而求出穿透率T(λ)。此外，该穿透率T(λ)成为相对于非血管区域8的穿透率T(λ)的相对的值。
(A-5)血糖值的计算
接下来，基于吸收光谱，并使用表示被预先规定的血糖值(血液中的葡萄糖浓度)与吸光度之间的关系的检量线，而实施血糖值的推算。另外，根据该吸收光谱而对预定成分(在本实施方式中为葡萄糖)的浓度进行计算的技术本身为公知常识，在本实施方式中能够应用该公知技术。
A3.功能结构
接着，参照图12～图15，对本实施方式所涉及的生物体信息取得装置10的功能结构进行说明。
图12为本实施方式所涉及的生物体信息取得装置10的功能结构图。图13为表示血管部位数据418的数据结构的一个示例的图。此外，图14为表示发光元件53的发光累积时间与亮度的关系的图，图15为表示用于获得一次的受光结果的发光次数与SN比的关系的图。
生物体信息取得装置10以在功能上具备操作输入部110、显示部120、声音输出部130、通信部140、照射部210、拍摄部220、控制部300、存储部400的方式而构成。
操作输入部110为按钮开关或触摸面板、各种传感器等的输入装置，并将与所完成的操作相对应的操作信号向控制部300输出。通过该操作输入部110而实施血糖值的测量开始指示等各种指示输入。在图2中，操作开关18或触摸面板16相当于操作输入部110。
显示部120为LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)等显示装置，并实施基于来自控制部300的显示信号的各种显示。在该显示部120中显示有测量结果等。在图2中，触摸面板16相当于显示部120。
音频输出部130为扬声器等声音输出装置，并实施基于来自控制部300的声音信号的各种声音输出。通过该声音输出部130而输出血糖值的测量开始或测量结束、低血糖值生成等的提示音。
通信部140为无线通信机或调制解调器、有线用的通信电缆的插口或控制电路等通信装置，并与通信电路连接从而实现与外部的通信。在图2以及图3中通信装置20相当于通信部140。
作为发光部L的照射部210具有被二维排列成平面状的多个发光元件53。图5所示的传感器模块50的发光层52相当于发光元件53。对于该照射部210的配置位置(具体而言，Xs-Ys正交坐标系中的各个发光元件53的位置坐标)，作为发光元件列表406而被存储于存储部400中。
作为受光部S的拍摄部220具有被二维排列成平面状的多个受光元件59。图5所示的传感器模块50的受光层58相当于受光元件59。对于该成像部220的配置位置(具体而言，Xs-Ys正交坐标系中的各个受光元件59的位置坐标)，作为受光元件列408而被存储于存储部400中。
控制部300通过例如CPU或GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)等微处理器、或ASIC(专用集成电路：Application Specific Integrated Circuit)、IC存储器等电子部件来实现，并基于预定的程序或数据、来自操作输入部110的操作信号而执行各种的运算处理，从而对生物体信息取得装置10的工作进行控制。在图2中，控制基板30相当于控制部300。此外，控制部300具有血糖值测量部310、照射控制部342、拍摄控制部344。照射控制部342选择性地对多个发光元件53中的各个进行发光控制。拍摄控制部344取得分别从多个受光元件59接受到的光量进行取得。
血糖值测量部310具有生物体图像取得部314、血管图案取得部316、血管部位选择部318、测量用受发光部选择部320、参考用受发光部选择部322、吸收光谱计算部324、成分值计算部326、发光次数计测部328、发光时间计测部330，并实施使用者2的血液中的葡萄糖浓度即血糖值的测量。
生物体图像取得部314实施使用者2的生物体图像的取得。生物体图像的取得通过适当地利用公知的静脉认证技术等中的生物体图像的摄影技术来实现。即，使发光元件53同时发光，从而实施由受光元件59实现的测光(摄影)。而且，生成基于测光结果的亮度图像、即生物体图像。通过生物体图像取得部314所取得的生物体图像作为生物体图像数据414而被存储于存储部400中。
血管图案取得部316针对通过生物体图像取得部314所取得的生物体图像而实施预定的图像处理，从而取得血管图案。具体而言，通过适当地利用公知的静脉认证技术中的从生物体图像中识别静脉图案的技术来实现。例如，针对每个生物体图像的像素，与基准亮度进行比较而实施二值化或过滤处理。小于基准亮度的像素表示血管4，基准亮度以上的像素表示非血管区域8。通过血管图案取得部316所取得的血管图案作为血管图案数据416而被存储于存储部400中。
血管部位选择部318基于通过血管图案取得部316所取得的血管图案，而选择表示预定的选择条件的血管部位6以作为测量对象。此处，作为测量对象的血管部位6既可以为一个，也可以为多个。对于各个作为测量对象而被选择的血管部位6，作为血管部位数据418而被存储于存储部400中。
图13为表示血管部位数据418的数据结构的一个示例的图。血管部位数据418对作为该血管部位的识别信息的血管部位ID418a、部位像素列表418b、中心线位置信息418c、作为血管长度方向上的长度的部位长度418d、测量用发光部数据418e、测量用受光部数据418f、参考用发光部数据418g、参考用受光部数据418h进行存储。部位像素列表418b为与该血管部位相对应的像素(即，受光元件59)的一览表。中心线位置信息418c为Xs-Ys正交坐标系中的该血管部位的中心线(血管宽度方向的中心且沿着血管长度方向的线)的位置坐标的信息。
测量用受发光部选择部320对于各个测量对象的血管部位6，而对测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd进行选择。具体而言，在Xs-Ys正交坐标系中(即，皮肤面)，作为测量用发光部Ld而选择血管部位6的中心线上的一个位置，并选择从测量用发光部Ld起远离了预定距离W、且位于血管部位6的中心线上的测量用受光部Sd。也将该测量用发光部Ld与测量用受光部Sd的选择条件称为第一条件。预定距离W作为最佳距离数据410而被存储于存储部400中。血管部位6的中心线上的一个位置的选择方法例如由血管部位6的长度方向的大致中心位置来确定。被选择的测量用发光部Ld作为测量用发光部数据418e而被存储，被选择的测量用受光部Sd作为测量用受光部数据418f而被存储。
另外，在不存在有满足上述第一条件的测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd的情况下，针对从该一个位置起沿着血管部位6的中心线而远离了预定的单位距离的位置而以同样的方式对是否存在有满足上述第一条件的测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd进行判断。尽管如此，在不存在有满足上述第一条件的测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd的情况下，通过以同样的方式重复上述操作，从而也会实施测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd的检索以及选择。
参考用受发光部选择部322以通过测量用受发光部选择部320而设定的测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd为基准，并选择未处于血管4的上方的一个位置以作为参考用发光部Lr，并且选择从参考用发光部Lr起远离了预定距离W且未处于血管4的上方的参考用受光部Sr。也将该参考用发光部Lr与参考用受光部Sr的选择条件称为第二条件。
在本实施方式中，如图9所示，选择如下的参考用受光部Sr，即，测量用发光部Ld与参考用发光部Lr之间的距离J为5mm、且连接测量用发光部Ld与测量用受光部Sd的直线大致平行于连接参考用发光部Lr与参考用受光部Sr的直线的参考用受光部Sr。将与第一条件和第二条件不同的上述选择条件称为第三条件。另外，在不存在有满足上述第二条件以及第三条件的参考用发光部Lr以及参考用受光部Sr的情况下，再次通过测量用受发光部选择部320而实施测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd的检索以及选择。参考用发光部Lr作为参考用发光部数据418g而被存储，被选择的参考用受光部Sr作为参考用受光部数据418h而被存储。
吸收光谱计算部324针对各个测量对象的血管部位6而生成吸收光谱。具体而言，通过基于来自测量用受光部Sd的第一受光结果Q1以及来自参考用受光部Sr的第二受光结果Q2而对每个波长λ的穿透率T进行计算，从而生成吸收光谱。另外，在具有多个测量对象的血管部位6的情况下，对这些多个测量对象的血管部位6的各个吸收光谱进行平均而计算出平均吸收光谱。通过吸收光谱计算部324而计算出的吸收光谱作为吸收光谱数据420而被存储于存储部400中。
成分值计算部326基于通过吸收光谱计算部324而计算出的吸收光谱，而对作为目标血液成分的血中浓度的葡萄糖浓度(即，血糖值)进行计算。在本实施方式中，使用多元回归分析法、主成分回归分析法、PLS回归分析法、独立成分分析法等分析法而对吸收光谱进行计算。另外，在具有多个测量对象的血管部位6的情况下，根据对各个血管部位6所涉及的吸收光谱进行了平均后的平均吸收光谱而对血糖值进行计算。通过成分值计算部326而计算出的血糖值以与测量时刻相对应的方式，作为测量血糖值数据422而被存储于存储部400中。
发光时间计测部330对每个发光元件53的发光时间进行计测。即，在由测量用受发光部选择部320所选择的测量用发光部Ld中，对已发光了为了取得一次的发光结果而设定的设定发光时间的发光元件53的发光时间进行计测。另外，在由参考用受发光部选择部322所选择的参考用发光部Lr中，对已发光了为了取得一次的发光结果而设定的设定发光时间的发光元件53的发光时间进行计测。而且，各个发光元件53的发光时间的合计值作为发光累积时间而被存储于存储部400的发光时间计测结果426中。
此处，发光元件53具有会因反复施加电流以使其发光而导致光量渐渐减小的特性。即，在发光元件53上持续施加固定的电流值的情况下，如图14所示，发光元件53的亮度(发光功率)随着发光累积时间的增大而逐渐降低，而小于作为阈值的80％，从而存在无法确保为了取得一次的受光结果所需的光量，由此发光结果的SN比会劣化的问题。
因此，当将发光元件53的发光时间设为固定时，如图15所示，通过使用于获得一次的受光结果的发光次数以如下方式随着发光元件53的亮度的降低而增多，即，在亮度100％中将发光次数设为100次，在亮度90％中将发光次数设为124次，在亮度80％中将发光次数设为157次，从而能够获得所需的SN比(例如1000)。另外，由于发光元件53的光量与发光次数和发光时间的乘积成比例，因此在将发光次数固定了的情况下，通过随着发光元件53的亮度的降低而延长发光时间，从而能够获得所需的SN比(例如1000)。
因此，在图14中，在以为了取得一次的受光结果而设定的设定发光次数和设定发光时间而进行发光的发光元件53的发光累积时间超过了小于亮度的阈值(80％)的预定发光时间的情况下，通过将设定发光次数设为固定，并延长设定发光时间，从而能够获得为了取得一次的受光结果所需的SN比。
因此，在各个发光元件53的发光累积次数大于预定发光次数的情况下，以使至此所设定的设定发光时间增大的方式而进行再设定。即，将设定发光时间例如从0.2秒设定变更为0.3秒。通过该设定变更，从而即使发光元件53伴随发光时间的增大而一次的发光过程中的亮度(发光功率)降低，也能够确保为了取得一次的受光结果所需的光量。
发光次数计测部328对每个发光元件53的发光次数进行计测。即，在由测量用受发光部选择部320所选择的测量用发光部Ld中，对已进行了为了取得一次的发光结果而设定的设定发光次数的发光的发光元件53的发光次数进行计测。另外，在由参考用受发光部选择部322所选择的参考用发光部Lr中，对已进行了为了取得一次的发光结果而设定的设定发光次数的发光的发光元件53的发光次数进行计测。而且，各个发光元件53的发光次数的合计值作为发光累积次数而被存储于存储部400的发光次数计测结果424中。
此处，在各个发光元件53的发光累积次数大于预定发光次数的情况下，以使至此所设定的设定发光次数增大的方式进行再设定。即，将设定发光次数例如从2次设定变更为3次。通过该设定变更，从而与使上述的发光时间增大而进行设定的情况同样，即使发光元件53伴随发光次数的增大而一次的发光的亮度(发光功率)降低，也能够确保为了取得一次的受光结果所需的光量。
虽然在本实施方式中示出了同时搭载有取得发光元件53的发光次数和发光时间的发光次数计测部328与发光时间计测部330的情况，但本发明并不限于此。也可以搭载任意一方。
存储部400为ROM或RAM、硬盘等存储装置，其对用于控制部300整合性地控制生物体信息取得装置10的程序或数据等进行存储，并且作为控制部300的作业区域来使用而临时性地存储有控制部300所执行的运算结果、或来自操作输入部110的操作数据等。在图2中，搭载于控制基板30上的主存储器或测量数据用存储器相当于存储部400。此外，在存储部400中存储有系统程序402、血糖值测量程序404、发光元件列表406、受光元件列表408、最佳距离数据410、生物体图像数据414、血管图案数据416、血管部位数据418、吸收光谱数据420、测量血糖值数据422、包含设定发光次数与预定发光次数的发光次数计测结果424、包含设定发光时间与预定发光时间的发光时间计测结果426。
A4.生物体信息取得方法
接着，参照图16～图18，对本实施方式所涉及的生物体信息取得方法进行说明。
图16为对作为生物体信息取得方法的血糖值测量处理的流程进行说明的流程图。此外，图17以及图18为对血糖值测量处理的步骤S160以及步骤S190进行详细说明的图。该处理通过控制部300执行根据血糖值测量程序404而的处理来实现。
如图16所示，血糖值测量部310实施对使用者2的血糖值进行测量的测量处理。首先，血糖值测量部310的生物体图像取得部314将传感器模块50的发光面的整个面(即，包含全部的发光元件53的范围)作为发光范围，并使发光范围内的发光元件53发光，从而取得使用者2的生物体图像(步骤S120)。接下来，血管图案取得部316基于所获得的生物体图像而取得从皮肤面进行观察的血管图案(步骤S130)。其结果为，如果无法获得血管图案(步骤S140：否(NO))，则返回至步骤S120。
如果获得了血管图案(步骤S140：是(YES))，则血管部位选择部318基于所获得的血管图案，而选择满足预定的选择条件的测量对象的血管部位6(步骤S150)。接着，测量用受发光部选择部320基于所获得的血管图案，而从多个发光部L以及受光部S中对测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd进行选择(步骤S160)。另外，在步骤S160中，如图17所示，在实施了测量用发光部Ld以及测量用受光部Sd的选择(步骤S161)之后，对构成所选择的测量用发光部Ld的发光元件53的发光累积次数是否大于预定发光次数、或者发光累积时间是否长于预定发光时间进行判断(步骤S162)。
在发光元件53的发光累积次数为预定发光次数以下的情况下，或者，在发光累积时间为预定发光时间以下的情况下，步骤S162的判断结果为“否”，并对发光元件53的发光次数或发光时间进行计测(步骤S164)。此外，在步骤S162中，在发光元件53的发光累积次数大于预定发光次数的情况下、或者发光累积时间长于预定发光时间的情况下，步骤S162的判断结果为“是”，并以大于至此所设定的值的方式，而增大为了取得一次的发光结果而设定的设定发光次数或设定发光时间，从而变更为能够确保为了取得一次的受光结果所需的光量的设定发光次数或设定发光时间(步骤S163)。
之后，对变更后的设定发光次数或设定发光时间进行加法运算，从而对发光元件53的发光次数或发光时间进行计测(步骤S164)。接着，将在步骤S164中计测出的发光次数或发光时间作为发光累积次数或发光累积时间而存储于存储部400的发光次数计测结果424或发光时间计测结果426中(步骤S165)。
接着，以为了取得一次的发光结果而设定的设定发光次数以及设定发光时间而使测量用发光部Ld发光(步骤S170)。通过测量用发光部Ld而朝向生物体发光，并通过在步骤S160(步骤S161)中被选择的测量用受光部Sd而接受穿透了生物体的光，从而获得第一受光结果Q1(步骤S180)。
之后，参考用受发光部选择部322基于所获得的血管图案，而从多个发光部L以及受光部S中对参考用发光部Lr以及参考用受光部Sr进行选择(步骤S190)。另外，在步骤S190中，如图18所示，在实施了参考用发光部Lr以及参考用受光部Sr的选择(步骤S191)之后，对构成所选择的参考用发光部Lr的发光元件53的发光累积次数是否大于预定发光次数、或者发光累积时间是否长于预定发光时间进行判断(步骤S192)。
在发光元件53的发光累积次数为预定发光次数以下的情况下，或者，在发光累积时间为预定发光时间以下的情况下，步骤S192的判断结果为“否”，并对发光元件53的发光次数或发光时间进行计测(步骤S194)。此外，在步骤S192中，在发光元件53的发光累积次数大于预定发光次数的情况下，或者，在发光累积时间长于预定发光时间的情况下，步骤S192的判断结果为“是”，并以大于至此所设定的值的方式而增大为了取得一次的发光结果而设定的设定发光次数或设定发光时间，从而变更为能够确保为了取得一次的受光结果所需的光量的设定发光次数或设定发光时间(步骤S193)。
之后，对变更后的设定发光次数或设定发光时间进行加法运算，从而对发光元件53的发光次数或发光时间进行计测(步骤S194)。接着，将在步骤S194中计测出的发光次数或发光时间作为发光累积次数或发光累积时间而存储于存储部400的发光次数计测结果424或发光时间计测结果426中(步骤S195)。
接着，以为了取得一次的发光结果而设定的设定发光次数以及设定发光时间而使参考用发光部Lr发光(步骤S200)。通过被选择的参考用受光部Sr而获得第二受光结果Q2(步骤S210)。另外，在取得第一受光结果Q1的工序(步骤S180)与取得第二受光结果Q2的工序(步骤S210)之间，设置预定时间的间隔。在本实施方式中，作为预定时间的间隔而设置5秒间的间隔。
接着，吸收光谱计算部324使用第一受光结果Q1以及第二受光结果Q2，而生成关于该血管部位6的吸收光谱(步骤S220)。另外，在具有多个测量对象的血管部位6的情况下，对将每个血管部位6的吸收光谱平均了之后的吸收光谱进行计算。
之后，作为取得生物体的信息即血糖值的工序，成分值计算部326利用受光结果Q1、Q2，并基于吸收光谱，而对血液中的葡萄糖浓度即血糖值进行计算(步骤S230)。接着，将计算出的血糖值显示在显示部120上，并且以与测量时刻相对应的方式而进行存储(步骤S240)。在经过了预定的待机时间之后(步骤S250)，返回至步骤S120，并以同样的方式实施下一次的血糖值的测量。
如上文所述，根据本实施方式所涉及的生物体信息取得装置10以及生物体信息取得方法，能够获得如下的效果。
对被重复使用的发光元件53的发光累积次数或发光累积时间进行存储，并在发光累积次数大于预定发光次数、或者发光累积时间长于预定发光时间的情况下，以大于设定发光次数或者设定发光时间的方式而使为了取得一次的受光结果的、发光元件53所发光的发光次数或发光时间增大，从而使发光元件53发光。因此，能够确保为了取得一次的受光结果所需的光量，并能够减少发光结果的SN比的劣化。由此，能够高精度地取得作为生物体的信息的血糖值。
此外，具备作为对穿透了生物体的测量对象的血管部(血管4)的光进行受光的第一受光部的测量用受光部Sd、和作为对穿透了生物体的非血管部(非血管区域8)的光进行受光的第二受光部的参考用受光部Sr。因此，通过对测量用受光部Sd中的第一受光结果Q1与参考用受光部Sr中的第二受光结果Q2进行比较，从而能够更高精度地取得作为血管部(血管4)中的生物体的信息的血糖值。
实施方式2
接着，参照图19，对实施方式2所涉及的生物体信息取得方法进行说明。
图19为对实施方式2的血糖值测量处理的流程进行说明的流程图。另外，对于与实施方式1相同的工序，使用相同的符号并省略重复的说明。
在实施方式2中，对于在生物体图像取得时发光的发光元件53也对发光次数或发光时间进行计测(步骤S131)。如实施方式1所示，在将整个面(即，包含全部的发光元件53的范围)设为发光范围的情况下，将全部的发光元件53设为测量对象。
如上文所述，由于根据本实施方式所涉及的生物体信息取得方法，除了实施方式1中的效果以外还能够更准确地对发光元件53的发光次数或发光时间进行计测，因此能够减少由元件劣化导致的亮度(发光功率)的降低，并确保为了取得一次的受光结果所需的光量，从而能够以足够的精度而取得与血管相关的生物体信息。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，其能够在上述的实施方式中添加各种改变或改良等。在下文中对改变例进行叙述。
改变例1
为了将测量部发光部Ld中的亮度(发光功率)与参考用发光部Lr中的亮度(发光功率)设为大致相同，也可以采用如下方式，即，将测量用发光部Ld中的为了取得一次的受光结果的、发光元件53的发光次数与发光时间的乘积、与参考用发光部Lr中的为了获得一次的受光结果的、发光元件53的发光次数与发光时间的乘积设为大致相同。更具体而言，也可以采用如下方式，即，将测量用发光部Ld中的为了获得一次的受光结果的、发光元件53的发光次数与发光时间的乘积设在，参考用发光部Lr中的为了获得一次的受光结果的、发光元件53的发光次数与发光时间的乘积的80％以上且120％以下的范围内。
改变例2
在前述的实施方式中，在取得第一受光结果Q1的工序(步骤S180)之后，实施取得第二受光结果Q2的工序(步骤S210)。但是，本发明并不限于此。也可以采用如下方法，即，在取得第二受光结果Q2之后，取得第一受光结果Q1。
改变例3
在前述的实施方式中，在实施了发光部L以及受光部S的选择之后(例如步骤S160)，实施发光部L的发光(例如步骤S170)。但是，本发明并不限于此。也可以在发光部L发光之后，实施受光部S的选择。
改变例4
在前述的实施方式中，在实施了发光部L的选择之后，对从发光部L起远离了预定距离W的受光部S进行选择。但是，本发明并不限于此。也可以采用如下方式，即，在实施了受光部S的选择之后，对从受光部S起远离了预定距离W的发光部L进行选择。
改变例5
在前述的实施方式中，作为生物体信息而取得血糖值。但是，本发明并不限于此。也可以作为生物体信息而取得例如血液中的血氧饱和度。
改变例6
在前述的实施方式中，作为参考用发光部Lr而选择未处于血管4的上方的位置的发光部L，并选择从参考用发光部Lr起远离了预定距离W且未处于血管4的上方的参考用受光部Sr。但是，本发明并不限于此。即，除了上述条件以外，还可以添加在参考用发光部Lr与参考用受光部Sr之间不包含作为血管的上方的位置的条件。由于通过采用这种方式，从而在由参考用受光部Sr获得的第二受光结果Q2中所照射的光通过血管的比例变少，因此与血管或血管内的血液相关的信息进一步变少。作为该结果，能够高精度地取得生物体信息。
另外，前述的各个实施例以及各个改变例中的结构要素中的、被记载于独立权利要求中的要素以外的要素为附加的要素，并且能够适当地省略。
符号说明
2…使用者；4…血管；5a…分支/合流部分；5b…图像端部；6…血管部位；8…非血管区域；10…生物体信息取得装置；12…主体外壳；14…固定带；16…触摸面板；18…操作开关；20…通信装置；22…存储卡；24…读卡器；26…蓄电池；30…控制基板；50…传感器模块；52…发光层；53…发光元件；54…遮光层；56…分光层；58…受光层；59…受光元件；110…操作输入部；120…显示部；130…声音输出部；140…通信部；210…照射部；220…拍摄部；300…控制部；310…血糖值测量部；314…生物体图像取得部；316…血管图案取得部；318…血管部位选择部；320…测量用受发光部选择部；322…参考用受发光部选择部；324…吸收光谱计算部；326…成分值计算部；328…发光次数计测部；330…发光时间计测部；342…照射控制部；344…拍摄控制部；400…存储部；402…系统程序；404…血糖值测量程序；406…发光元件列表；408…受光元件列表；410…最佳距离数据；414…生物体图像数据；416…血管图案数据；418…血管部位数据；418a…血管部位ID；418b…部位像素列表；418c…中心线位置信息；418d…部位长度；418e…测量用发光部数据；418f…测量用受光部数据；418g…参考用发光部数据；418h…参考用受光部数据；420…吸收光谱数据；422…测量血糖值数据；424…发光次数计测结果；426…发光时间计测结果；D…深度；J…距离；L…发光部；L1、L2…直线；Ld…测量用发光部；Lr…参考用发光部；O…光强度；Or…光强度；Os…光强度；P4…血管图案；Q1…第一受光结果；Q2…第二受光结果；R1…发光区域；R2…受光区域；S…受光部；Sd…作为第一受光部的测量用受光部；Sr…作为第二受光部的参考用受光部；T…穿透率；W…预定距离。

Claims (4)

1.一种生物体信息取得装置，其特征在于，具备：
发光部，其使多个发光元件发光，并向生物体照射光；
受光部，其对穿透了所述生物体的光进行受光；
控制部，其对所述发光部与所述受光部进行控制；
存储部，其对用于控制所述控制部的程序进行存储，
所述存储部对所述发光元件的发光累积次数或发光累积时间进行存储，
所述控制部在所述发光累积次数大于预定发光次数、或者所述发光累积时间长于预定发光时间的情况下，以使为了取得一次的受光结果的、所述发光元件所发光的发光次数或发光时间相对于设定发光次数或设定发光时间而增大的方式，使所述发光元件朝向所述生物体发光，
所述受光部根据对朝向所述生物体发光并穿透了所述生物体的光进行受光后的受光结果，而取得所述生物体的信息。
2.如权利要求1所述的生物体信息取得装置，其特征在于，具备：
第一受光部，其对穿透了所述生物体的测量对象的血管部的光进行受光；
第二受光部，其对穿透了所述生物体的非血管部的光进行受光。
3.如权利要求2所述的生物体信息取得装置，其特征在于，
所述生物体的信息为血液中的葡萄糖浓度或血氧饱和度。
4.一种生物体信息取得方法，其特征在于，通过生物体信息取得装置而取得生物体信息，所述生物体信息取得装置具备：
发光部，其使多个发光元件发光，并向生物体照射光；
受光部，其对穿透了所述生物体的光进行受光；
控制部，其对所述发光部与所述受光部进行控制；
存储部，其对用于控制所述控制部的程序进行存储，
所述生物体信息取得方法具备：
对所述发光元件的发光累积次数或发光累积时间进行存储的工序；
在所述发光累积次数大于预定发光次数、或者所述发光累积时间长于预定发光时间的情况下，以使为了取得一次的受光结果的、所述发光元件所发光的发光次数或发光时间相对于设定发光次数或设定发光时间而增大的方式，使所述发光元件朝向所述生物体发光的工序；
所述受光部根据对朝向所述生物体发光并穿透了所述生物体的光进行受光后的受光结果，而取得所述生物体的信息的工序。
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