JP2009039268A - Noninvasive biological information measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体を侵襲することなく生体情報の測定が可能な非侵襲生体情報測定装置に関し、より詳細には、生体からの光音響波信号を用いて測定光の照射条件を可変することが可能な非侵襲生体情報測定装置に関する。 The present invention relates to a non-invasive living body information measuring apparatus capable of measuring living body information without invading the living body. More specifically, the irradiation condition of measuring light can be varied using a photoacoustic wave signal from the living body. The present invention relates to a possible noninvasive living body information measuring apparatus.
代表的な生活習慣病である糖尿病の患者数は世界的に増加傾向にある。糖尿病患者は、糖尿病による合併症を抑制し、患者の生活の質を向上するために、日常的な血糖コントロールが必要である。そのため、患者は医師の指導のもと、毎日定期的に血糖値を測定しなければならない。血糖値を測定する代表的な方法としては、患者の指を刺して血液を採取し血糖値を測定する侵襲型の血糖測定装置がある。指を刺して血液を採取する際に手間と痛みを伴うこと、さらに感染症などの危険が伴うことから、血液の採取を必要としない、非侵襲型の血糖測定装置が提案されている。 The number of patients with diabetes, a typical lifestyle-related disease, is increasing worldwide. Diabetic patients require routine glycemic control to reduce complications from diabetes and improve the quality of life of patients. Therefore, patients must measure blood glucose regularly every day under the guidance of a doctor. As a typical method for measuring a blood glucose level, there is an invasive blood glucose measuring device that measures blood glucose level by collecting blood by inserting a patient's finger. A noninvasive blood glucose measurement device that does not require blood collection has been proposed because it involves labor and pain when blood is collected by puncturing a finger and there is a risk of infection and the like.
非侵襲型の血糖測定装置として、光音響効果を用いた「生物学的測定システム」が記載されている。グルコースに吸収される波長の光を、生物学的測定システムから指先のような生体の部分に照射し、照射された光は生体内の比較的小さい焦点領域(例えば血管)に集光され、また一般的に光はグルコースに吸収されて焦点領域と隣接する領域の組織内で運動エネルギーに変換される。運動エネルギーは、吸収組織領域の温度及び圧力を増大させ、音波を生成する。この音波を、以下「光音響波信号」と表記する。光音響波信号は吸収組織領域から放射され、生物学的測定システムが備える音響センサによって検出される。 As a non-invasive blood glucose measurement device, a “biological measurement system” using a photoacoustic effect is described. Light of a wavelength absorbed by glucose is irradiated from a biological measurement system onto a part of a living body such as a fingertip, and the irradiated light is focused on a relatively small focal region (for example, a blood vessel) in the living body. In general, light is absorbed by glucose and converted into kinetic energy in the tissue in the region adjacent to the focal region. Kinetic energy increases the temperature and pressure of the absorbing tissue region and generates sound waves. This sound wave is hereinafter referred to as “photoacoustic wave signal”. The photoacoustic wave signal is emitted from the absorbing tissue region and detected by an acoustic sensor included in the biological measurement system.
音響センサは生体表面と接するよう装着される。光音響波信号の強度は、吸収組織領域内のグルコースの関数であり、音響センサによって計測された強度は血糖値を調べるために使用される(例えば、特許文献1)。 The acoustic sensor is mounted in contact with the living body surface. The intensity of the photoacoustic wave signal is a function of glucose in the absorption tissue region, and the intensity measured by the acoustic sensor is used to check the blood glucose level (for example, Patent Document 1).
このようなシステムでは生体内の血管位置が変化した場合に血管と音響センサの距離が離れるために光音響波信号が減衰し、光音響波信号の信号品質が悪化することがある。そこで複数チャンネルの生体音響センサを平面的に配列し、複数の生体音響センサから得られた信号の中から最適なチャンネルの信号を選択する方法が開示されている(例えば、特許文献2)。
しかしながら、上記特許文献1、上記特許文献2に記載された技術では、生体から得られる光音響波は非常に微弱であるため、血管と音響センサの距離に関わらず、その微弱な信号の変化で特徴量を推定できるだけの十分な光量を光源から出力している。
However, in the techniques described in
そのため、上記従来の装置では大きな消費電力を必要とし、ポータブルな製品を実用化するには不向きであるという課題を有していた。 For this reason, the above-described conventional apparatus has a problem that it requires a large amount of power consumption and is not suitable for practical use of a portable product.
また、従来はノイズの影響や体動の影響を最小限にするために、測定を複数回行い、一連の測定結果を平均化している。そのため、消費電力のみならず、測定時間も増大するという課題を有していた。 Conventionally, in order to minimize the influence of noise and the influence of body movement, measurement is performed a plurality of times, and a series of measurement results are averaged. Therefore, there is a problem that not only power consumption but also measurement time increases.
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、低消費電力、かつ、測定時間の短縮が可能な非侵襲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 to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a non-invasive living body information measurement apparatus that can reduce power consumption and shorten measurement time.
従来の課題を解決するために、本発明の請求項1にかかる非侵襲生体情報測定装置は、生体の表面に光を入射して生体情報の特徴量を含んだ前記生体内からの光音響波信号を前記生体の表面から検出する非侵襲生体情報測定装置において、少なくとも一つの光源と、前記光源の光量や点灯タイミングや後述する各手段の起動を制御する制御手段と、生体情報を所定時間測定する生体情報センサと、前記生体情報センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されているデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段とを備え、前記特徴量推定手段は前記デジタルデータから第一の測定位置と第二の測定位置を抽出し、第一の測定位置から第二の測定位置までの時間差に応じて前記光源の制御方法を前記制御手段を通じて変更することを特徴としたものである。
In order to solve the conventional problem, a non-invasive living body information measuring apparatus according to
また、本発明の請求項2にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項1に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記光源の制御方法は光源の光量であることを特徴としたものである。
A non-invasive living body information measuring device according to claim 2 of the present invention is the non-invasive living body information measuring device according to
また、本発明の請求項3にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項1に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記光源の制御方法は光源の点灯時間であることを特徴としたものである。
ことを特徴としたものである。
A non-invasive living body information measuring apparatus according to
It is characterized by that.
また、本発明の請求項4にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項2乃至請求項3に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記特徴量推定手段は、前記第一の測定位置から第二の測定位置までの時間差と、該時間差を2つ以上の領域に分ける少なくとも1つ以上の時間差しきい値とを比較し、該領域に応じて前記光源の制御方法を変更することを特徴としたものである。 A non-invasive living body information measuring apparatus according to claim 4 of the present invention is the non-invasive living body information measuring apparatus according to any one of claims 2 to 3, wherein the feature amount estimating means is based on the first measuring position. Comparing the time difference to the second measurement position with at least one time difference threshold value that divides the time difference into two or more regions, and changing the control method of the light source according to the region. It is what.
また、本発明の請求項5にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項4に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記特徴量推定手段は、書き込みが可能なレジスタを備え、レジスタによって前記時間差しきい値を外部から変更することが可能であることを特徴としたものである。 The noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 5 of the present invention is the noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 4, wherein the feature amount estimating means includes a writable register, The time difference threshold value can be changed from the outside.
また、本発明の請求項6にかかる非侵襲生体情報測定装置は、生体の表面に光を入射して生体情報の特徴量を含んだ前記生体内からの光音響波信号を前記生体の表面から検出する非侵襲生体情報測定装置において、少なくとも一つの光源と、前記光源の光量や点灯タイミングや後述する各手段の起動を制御する制御手段と、生体情報を所定時間測定する生体情報センサと、前記生体情報センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されているデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段とを備え、前記特徴量推定手段は前記デジタルデータから第二の測定位置を抽出し、前記光源が点灯してから第二の測定位置までの時間差に応じて前記光源の制御方法を前記制御手段を通じて変更することを特徴としたものである。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a non-invasive living body information measuring apparatus that receives light from a living body from a surface of the living body by entering light on the surface of the living body and including a feature amount of living body information. In the noninvasive living body information measuring device to detect, at least one light source, a control means for controlling the light amount and lighting timing of the light source and activation of each means described later, a living body information sensor for measuring living body information for a predetermined time, and Amplifying means for amplifying an output signal from the biological information sensor, A / D converting means for A / D converting the amplified signal, storage means for storing the A / D converted digital data, and the storage A feature amount estimating means for analyzing the digital data stored in the means to estimate a feature amount of biological information, the feature amount estimating means extracting a second measurement position from the digital data, Is obtained is characterized in that the light source is changed through the control means a control method of the light source in accordance with the time difference from the lit to the second measurement position.
また、本発明の請求項7にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項6に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記光源の制御方法は、光源の光量であることを特徴としたものである。 A noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 7 of the present invention is the noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 6, wherein the light source control method is the light amount of the light source. It is.
また、本発明の請求項8にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項6に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記光源の制御方法は、光源の点灯時間であることを特徴としたものである。 The noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 8 of the present invention is the noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 6, wherein the light source control method is a lighting time of the light source. Is.
また、本発明の請求項9にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項7乃至請求項8に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記特徴量推定手段は、前記光源が点灯してから第二の測定位置までの時間差と、該時間差を2つ以上の領域に分ける少なくとも1つ以上の時間差しきい値を比較し、該領域に応じて前記光源の制御方法を変更することを特徴としたものである。 The noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 9 of the present invention is the noninvasive living body information measuring apparatus according to any one of claims 7 to 8, wherein the feature amount estimating means is configured to turn on the light source. Comparing the time difference to the second measurement position with at least one time difference threshold value that divides the time difference into two or more regions, and changing the control method of the light source according to the region. It is a thing.
また、本発明の請求項10にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項9に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記特徴量推定手段は、書き込みが可能なレジスタを備え、レジスタによって前記時間差しきい値を外部から変更することが可能であることを特徴としたものである。 The noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 10 of the present invention is the noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 9, wherein the feature amount estimating means includes a writable register, The time difference threshold value can be changed from the outside.
また、本発明の請求項11にかかる非侵襲生体情報測定装置は、生体の表面に光を入射して生体情報の特徴量を含んだ前記生体内からの光音響波信号を前記生体の表面から検出する非侵襲生体情報測定装置において、少なくとも一つの光源と、前記光源の光量や点灯タイミングや後述する各手段の起動を制御する制御手段と、生体情報を所定時間測定する生体情報センサと、前記生体情報センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段と、前記光源を点灯させてから前記デジタルデータを前記記憶手段に記録するまでの一連の動作を所定回数繰り返し、前記記憶手段に記憶されている所定回数分のデジタルデータを平均化し、前記平均化したデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段とを備え、前記特徴量推定手段は、前記平均化したデジタルデータから第一の測定位置と第二の測定位置を抽出し、第一の測定位置から第二の測定位置までの時間差に応じて前記一連の動作の繰り返し回数を変更することを特徴としたものである。 A noninvasive living body information measuring apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is configured to receive a photoacoustic wave signal from the living body including a feature amount of living body information by inputting light to the surface of the living body from the surface of the living body. In the noninvasive living body information measuring device to detect, at least one light source, a control means for controlling the light amount and lighting timing of the light source and activation of each means described later, a living body information sensor for measuring living body information for a predetermined time, and Amplifying means for amplifying an output signal from the biological information sensor, A / D converting means for A / D converting the amplified signal, storage means for storing the A / D converted digital data, and the light source Is repeated a predetermined number of times until the digital data is recorded in the storage means, and the digital data for a predetermined number of times stored in the storage means is averaged, A feature amount estimating unit that analyzes the averaged digital data to estimate a feature amount of biological information, and the feature amount estimating unit includes a first measurement position and a second measurement from the averaged digital data. The position is extracted, and the number of repetitions of the series of operations is changed according to the time difference from the first measurement position to the second measurement position.
また、本発明の請求項12にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項11に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記特徴量推定手段は、前記第一の測定位置から第二の測定位置までの時間差と、該時間差を2つ以上の領域に分ける少なくとも1つ以上の時間差しきい値とを比較し、該領域に応じて前記一連の動作の繰り返し回数を変更することを特徴としたものである。 A non-invasive living body information measuring apparatus according to claim 12 of the present invention is the non-invasive living body information measuring apparatus according to claim 11, wherein the feature amount estimating means performs a second measurement from the first measuring position. The time difference to the position is compared with at least one time difference threshold value that divides the time difference into two or more regions, and the number of repetitions of the series of operations is changed according to the region. Is.
また、本発明の請求項13にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項12に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記特徴量推定手段は、書き込みが可能なレジスタを備え、レジスタによって前記時間差しきい値を外部から変更することが可能であることを特徴としたものである。 A non-invasive living body information measuring apparatus according to claim 13 of the present invention is the non-invasive living body information measuring apparatus according to claim 12, wherein the feature amount estimating means includes a writable register, The time difference threshold value can be changed from the outside.
また、本発明の請求項14にかかる非侵襲生体情報測定装置は、生体の表面に光を入射して生体情報の特徴量を含んだ前記生体内からの光音響波信号を前記生体の表面から検出する非侵襲生体情報測定装置において、少なくとも一つの光源と、前記光源の光量や点灯タイミングや後述する各手段の起動を制御する制御手段と、生体情報を所定時間測定する生体情報センサと、前記生体情報センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、前記増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段と、前記光源を点灯させてから前記デジタルデータを前記記憶手段に記録するまでの一連の動作を所定回数繰り返し、前記記憶手段に記憶されている所定回数分のデジタルデータを平均化し、前記平均化したデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段とを備え、前記特徴量推定手段は、前記平均化したデジタルデータから第二の測定位置を抽出し、前記光源が点灯してから第二の測定位置までの時間差に応じて前記一連の動作の繰り返し回数を変更することを特徴としたものである。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a non-invasive living body information measuring device that receives light from the living body from a surface of the living body by inputting light to the surface of the living body and including a feature amount of living body information. In the noninvasive living body information measuring device to detect, at least one light source, a control means for controlling the light amount and lighting timing of the light source and activation of each means described later, a living body information sensor for measuring living body information for a predetermined time, and Amplifying means for amplifying an output signal from the biological information sensor, A / D converting means for A / D converting the amplified signal, storage means for storing the A / D converted digital data, and the light source Is repeated a predetermined number of times until the digital data is recorded in the storage means, and the digital data for a predetermined number of times stored in the storage means is averaged, A feature amount estimating means for analyzing the averaged digital data to estimate a feature amount of biological information, the feature amount estimating means extracting a second measurement position from the averaged digital data, and The number of repetitions of the series of operations is changed according to the time difference from when the light source is turned on to the second measurement position.
また、本発明の請求項15にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項14に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記特徴量推定手段は、前記光源が点灯してから第二の測定位置までの時間差と、該時間差を2つ以上の領域に分ける少なくとも1つ以上の時間差しきい値とを比較し、該領域に応じて前記一連の動作の繰り返し回数を変更することを特徴としたものである。 The noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 15 of the present invention is the noninvasive living body information measuring apparatus according to claim 14, wherein the feature amount estimating means performs the second measurement after the light source is turned on. The time difference to the position is compared with at least one time difference threshold value that divides the time difference into two or more regions, and the number of repetitions of the series of operations is changed according to the region. Is.
また、本発明の請求項16にかかる非侵襲生体情報測定装置は、請求項15に記載の非侵襲生体情報測定装置において、前記特徴量推定手段は、書き込みが可能なレジスタを備え、レジスタによって前記時間差しきい値を外部から変更することが可能であることを特徴としたものである。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the noninvasive living body information measuring device according to the fifteenth aspect, the feature amount estimating means includes a writable register, and the register is configured by the register. The time difference threshold value can be changed from the outside.
本発明の非侵襲生体情報測定装置によれば、光音響検出手段により検出したデータから第一の測定位置と第二の測定位置を抽出し、第一の測定位置から第二の測定位置までの時間差に応じて次回からの光量あるいは測定回数を変更することにより、低消費電力で測定時間が短い測定装置を実現することが可能となり、ポータブル機器として実現した場合にその連続測定時間を向上することができる。 According to the noninvasive living body information measuring apparatus of the present invention, the first measurement position and the second measurement position are extracted from the data detected by the photoacoustic detection means, and the first measurement position to the second measurement position are extracted. By changing the amount of light from the next time or the number of measurements according to the time difference, it becomes possible to realize a measurement device with low power consumption and short measurement time, and improve the continuous measurement time when realized as a portable device Can do.
以下に、本発明の非侵襲生体情報測定装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Embodiments of the noninvasive living body information measuring apparatus of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1においては、非侵襲生体情報測定装置として、光音響方式を用いた非侵襲血糖測定装置110を想定している。
(Embodiment 1)
In
図1は、本発明の実施の形態1におけるシステム構成を示す図である。図1(a)において、110は非侵襲血糖測定装置、120は生体の表面、111は照射光、130は血管、131は光音響波信号である。また、図1(b)は起動信号803、図1(c)は点灯タイミング802、図1(d)は光音響波信号131、図1(e)は終了信号804、図1(f)は推定血糖値出力タイミングを示す。
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration according to
図2は、本発明の実施の形態1における非侵襲血糖測定装置110のブロック構成を示す図である。図2において、110は非侵襲血糖測定装置である。この非侵襲血糖測定装置110において、200は光源、300は生体情報を測定する生体情報センサ、400は生体情報センサ300からの出力信号を増幅する増幅手段、500は増幅手段400により増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段、600はA/D変換手段500によりA/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段、700は記憶手段600に記憶されているデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段、800は光源200の制御、および、増幅手段400、A/D変換手段500の起動を制御する制御手段である。また、801は光量、301は電圧信号、401は増幅信号、501はサンプリングデータ、601は記憶データ、602はデータ転送終了パルス、701は推定血糖値、702は時間差信号である。
FIG. 2 is a diagram showing a block configuration of the noninvasive blood
制御手段800は時間差判定手段820と光量変更手段830を有する光源制御内容変更手段810を備え、時間差判定手段820の内部に設けた時間差判定閾値レジスタ821と光量変更手段830の内部に設けた第1領域光量レジスタ831及び第2領域光量レジスタ832を用いることにより、特徴量推定手段700が算出した時間差信号702に応じて光源200の光量を変更するように制御手段800を制御する。
The
図3は、特徴量推定手段700の詳細なブロック構成を示す図である。図3において、710は推定手段、720はサンプル数カウンタ、730は時間窓生成手段、740は測定位置検出手段、750は時間差検出手段である。また、721はサンプル数カウント信号、731は時間窓信号、736はカウンタ停止信号、741は測定位置パルスである。
FIG. 3 is a diagram showing a detailed block configuration of the feature quantity estimation means 700. In FIG. 3,
推定手段710は、記憶データ601とデータ転送終了パルス602から血糖値を推定し、推定結果を推定血糖値701として出力する。サンプル数カウンタ720は記憶データ601と終了信号804とカウンタ停止信号736を用いて記憶データ601のサンプル数をカウントし、カウント結果をサンプル数カウント信号721として出力する。
The estimation means 710 estimates a blood glucose level from the stored
時間窓生成手段730は、第一時間窓レジスタ732と第二時間窓レジスタ733と第三時間窓レジスタ734と第四時間窓レジスタ735を有し、サンプル数カウント信号721の示すカウント値に応じて時間窓の開閉を示す時間窓信号731を出力する。また、第四時間窓レジスタ735の示す値をカウンタ停止信号736としてサンプル数カウンタ720に出力する。
The time window generating means 730 includes a first
測定位置検出手段740は、時間窓信号731と記憶データ601から測定位置を検出し、検出結果を測定位置パルス741として出力する。
The measurement position detection means 740 detects the measurement position from the
時間差検出手段750は、データ転送終了パルス602とサンプル数カウント信号721と測定位置パルス741から第一の測定位置と第二の測定位置をそれぞれ検出した後、第一の測定位置と第二の測定位置間の時間差を検出し、検出結果を時間差信号702として出力する。
The time difference detection means 750 detects the first measurement position and the second measurement position from the data transfer
図4は、本発明の実施の形態1における非侵襲血糖測定装置110の動作を時間軸でプロットしたタイミングチャートである。図4において、(b)は起動信号803、(e)は終了信号804、(g)は記憶データ601、(h)はサンプル数カウント信号721、(i)は時間窓信号731、(j)は測定位置パルス741、(k)はデータ転送終了パルス602、(l)は時間差信号702、(f)は推定血糖値出力タイミングである。
FIG. 4 is a timing chart in which the operation of the noninvasive blood
また、起動信号803が発生してから血糖値を推定するまでの区間を測定基本サイクル(10秒)として、測定周期(3分)ごとに一連の血糖値推定動作を行う。
Further, a period from the generation of the
以下、図1、図2、図3、図4を用いて、非侵襲血糖測定装置110が血糖値の連続測定を行う場合の動作を説明する。非侵襲血糖測定装置110を、生体の表面120に接するように装着することで、光源200が発する照射光111が生体に入射される。入射した照射光111は生体内を伝播し、血管130内の血糖値を推定できる物質で吸収されて光音響波信号131が生成される。光音響波信号131は生体情報センサ300により検出され、検出結果である電圧信号301が増幅手段400に送られる。
Hereinafter, the operation when the noninvasive blood
増幅手段400では電圧信号301を増幅し、増幅信号401をA/D変換手段500に出力する。A/D変換手段500は増幅信号401をサンプリングしてサンプリングデータ501を出力し、記憶手段600はサンプリングデータ501を記憶する。
The
特徴量推定手段700は記憶手段600から記憶データ601を受け取り、記憶手段600からのデータ転送の終了タイミングを知らせるデータ転送終了パルス602を受け取ると、血糖値の推定を行い、推定結果を推定血糖値701として出力する。
When the feature
このとき、記憶手段600から受け取った記憶データ601から第一の測定位置と第二の測定位置を抽出し、それらの時間差を検出して、検出結果を時間差信号702として制御手段800に出力する。制御手段800は、増幅手段400とA/D変換手段500の起動や終了を行うと共に、時間差信号702を用いて光源200の制御内容を変更する。
At this time, the first measurement position and the second measurement position are extracted from the
以下では、具体的な数値例を用いて説明する。本実施の形態1において、測定周期は3分間隔で実施するものとする。また、生体内を光音響波が伝播する速度を1500m/s、A/D変換手段500におけるサンプリング周波数を50MHz、生体内の測定対象である血管130は個人差により生体の表面120に対して1.0mmから2.25mmの深さに存在する可能性があるものとし、特に本実施の形態1では血管130が生体の表面120に対して1.5mmの深さにある場合を想定する。
Below, it demonstrates using a specific numerical example. In the first embodiment, the measurement cycle is performed at intervals of 3 minutes. Also, the speed at which the photoacoustic wave propagates in the living body is 1500 m / s, the sampling frequency in the A / D conversion means 500 is 50 MHz, and the
ここで、外部より書き込み可能なレジスタの初期値として以下の値を設定する。 Here, the following values are set as initial values of the register that can be written from the outside.
即ち、
(A)第一時間窓レジスタ732:時間窓生成手段730における1回目の時間窓が開くタイミングとして45を設定、
(B)第二時間窓レジスタ733:時間窓生成手段730における1回目の時間窓が閉じるタイミングとして55を設定、
(C)第三時間窓レジスタ734:時間窓生成手段730における2回目の時間窓が開くタイミングとして90を設定、
(D)第四時間窓レジスタ735:時間窓生成手段730における2回目の時間窓が閉じるタイミングとして130を設定、
(E)時間差判定閾値レジスタ821:時間差判定手段820における光量選択のための閾値として60を設定、
(F)第1領域光量レジスタ831:第1領域における光量変更手段830の光量値として1.5(μJ)を設定、
(G)第2領域光量レジスタ832:第2領域における領域別光量変更手段830の光量値として1.0(μJ)を設定、
また、図4に示す時間差信号702以外の各信号を0に初期化し、時間差信号702の初期値を時間差判定閾値レジスタ821の示す値よりも大となる100に設定する。
That is,
(A) First time window register 732: 45 is set as the timing for opening the first time window in the time window generating means 730.
(B) Second time window register 733: 55 is set as the timing for closing the first time window in the time window generating means 730,
(C) Third time window register 734: 90 is set as the timing for opening the second time window in the time window generating means 730.
(D) Fourth time window register 735: 130 is set as the timing for closing the second time window in the time window generating means 730.
(E) Time difference determination threshold register 821: 60 is set as a threshold for light amount selection in the time difference determination means 820.
(F) First area light quantity register 831: 1.5 (μJ) is set as the light quantity value of the light quantity changing means 830 in the first area,
(G) Second area light quantity register 832: 1.0 (μJ) is set as the light quantity value of the area-specific light quantity changing means 830 in the second area.
Also, each signal other than the
以上の初期設定が終了した後、まず、非侵襲血糖測定装置110を図1に示すように患者の腕などの生体の表面120に装着する。その後、患者が非侵襲血糖測定装置110に設けられた血糖値測定開始スイッチ(図示せず)を起動すると、制御手段800により起動信号803が増幅手段400とA/D変換手段500とに出力され、増幅手段400とA/D変換手段500とが起動する(図4:T4A)。増幅手段400とA/D変換手段500とが安定動作に入るのと同じタイミングで光源200の点灯タイミング802および光量801が制御され、光源200が点灯され、光音響波信号131が生成される。
After the above initial setting is completed, first, the noninvasive blood
このとき、時間差判定手段820には時間差信号702の初期値100が入力されており、この値は時間差判定閾値レジスタ821の示す値60以上である。そのため、光量変更手段830は第1領域光量レジスタ831の示す値を選択し、光源200は光量1.5(μJ)の照射光111を照射する。
At this time, the
これは、1回目の測定時には血管130が生体の表面120に対してどの程度の深さにあるのか不明であるため、最も深い場合を想定したものである。
This is because the depth of the
光音響波信号131は、生体情報センサ300により、その圧力に応じた電圧信号301に変換される。
The
生体情報センサ300によって変換された電圧信号301は、増幅手段400により、あらかじめ設定されているゲインで増幅され、増幅信号401としてA/D変換手段500に出力される。
The
ここで、増幅手段400に起動信号803と終了信号804とが入力されているのは、光音響波信号131が発生するタイミングでのみ増幅手段400の構成要素であるオペアンプ等の素子を動作させることにより、増幅手段400の低消費電力化を図る目的のものである。従って、これらの信号によらずに同等の動作を実現することも可能である。
Here, the reason why the
制御手段800からの起動信号803はA/D変換手段500を起動する。増幅手段400から出力された増幅信号401はA/D変換手段500により特定の間隔でA/D変換され、該A/D変換結果であるサンプリングデータ501が記憶手段600に書き込まれる。
An
ここで、終了信号804がA/D変換手段500に入力されているのは、光音響波信号131の発生しているタイミングでのみA/D変換手段500の構成要素であるADコンバータ等の素子を動作させることにより、A/D変換手段500の低消費電力化を図る目的のものである。従って、この信号によらずに同等の動作を実現することも可能である。
Here, the
制御手段800からの終了信号804が特徴量推定手段700により受け取られると(図4:T4B)、記憶手段600に記録されている記憶データ601が特徴量推定手段700により読み出される。このとき、サンプル数カウンタ720は終了信号804により0にリセットされた後、記憶データ601のサンプリング毎にカウントアップを開始する。
When the
本実施の形態1における使用方法では、記憶データ601に3つのピークが存在する。これらは時間経過順に、光源200の点灯タイミング直後に照射光111の一部が生体情報センサ300に到達することによって発生するピーク(図4:T4C)、生体の表面120において発生した光音響波信号131が生体情報センサ300に到達するまでの遅延時間後に発生するピーク(図4:T4E)、血管130から発生した光音響波信号131が生体情報センサ300に到達するまでの遅延時間後に発生するピーク(図4:T4H)である。
In the usage method in the first embodiment, there are three peaks in the stored
これらのピークが発生する大まかな時間は生体内を光音響波が伝播する速さと距離の関係から既知であるので、時間窓を用いてそれぞれのピークを検出することにより、ピークの誤検出を効果的に防ぐことが可能となる。 The approximate time at which these peaks occur is known from the relationship between the speed and distance of propagation of photoacoustic waves in the living body, so detecting each peak using a time window is effective in detecting peaks. Can be prevented.
サンプル数カウント信号721が第一時間窓レジスタ732の示す値である45に達すると時間窓信号731が0から1に変化し(図4:T4D、1回目の時間窓が開く)、サンプル数カウント信号721が第二時間窓レジスタ733の示す値である55に達すると時間窓信号731が1から0に変化する(図4:T4F、1回目の時間窓が閉じる)。
When the sample
測定位置検出手段740では、1回目の時間窓が開いている間において記憶データ601のピーク位置を検出し、ピークを検出したサンプリングタイミングに1回目の測定位置パルス741を発生する(図4:T4E)。
The measurement position detection means 740 detects the peak position of the stored
時間差検出手段750は1回目の測定位置パルス741の発生タイミングにおいてサンプル数カウント信号721が示す値を第一の測定位置として検出する。このときの第一の測定位置を50とする。
The time difference detection means 750 detects the value indicated by the sample
サンプル数カウント信号721が第三時間窓レジスタ734の示す値である90に達すると時間窓信号731が再び0から1に変化し(図4:T4G、2回目の時間窓が開く)、サンプル数カウント信号721が第四時間窓レジスタ735の示す値である130に達すると時間窓信号731が再び1から0に変化する(図4:T4I、2回目の時間窓が閉じる)。
When the
測定位置検出手段740では、2回目の時間窓が開いている間において記憶データ601のピーク位置を検出し、ピークを検出したサンプリングタイミングに2回目の測定位置パルス741を発生する(図4:T4H)。
The measurement position detection means 740 detects the peak position of the stored
このとき、時間差検出手段750は2回目の測定位置パルス741の発生タイミングにおけるサンプル数カウント信号721の示す値を第二の測定位置として検出する。このときの第二の測定位置を100とする。
At this time, the time difference detection means 750 detects the value indicated by the sample
サンプル数カウンタ720は、2回目の時間窓が閉じるとカウントアップの動作を停止する。
The
記憶手段600から特徴量推定手段700への記憶データ601の転送が終了すると、データ転送終了パルス602が発生する(図4:T4J)。
When the transfer of the
特徴量推定手段700はデータ転送終了パルス602を受け取ると、時間差検出手段750において第一の測定位置(図4:T4E)と第二の測定位置(図4:T4H)の間のカウント値の差(50サンプル数)を時間差信号702として出力する(図4:T4K)。また、このときに推定手段710において血糖値の推定を開始する。
When the feature amount estimation means 700 receives the data transfer
ここで時間差信号702が50となるのは以下の理由によるものである。
Here, the reason why the
血管130と生体の表面120との距離Lを1.5mm、生体内を光音響波が伝播する速度vを1500m/sとした場合、第一の測定位置が発生してから第二の測定位置が発生するまでの時間差tはt=L/v=0.0015/1500=1μsとなる。A/D変換手段500におけるサンプリング周波数を50MHzとすると、サンプリング周期は20nsとなるため、1μsの時間差を記憶データ601におけるサンプリングデータ数に換算すると1μs/20ns=50サンプルデータ数となる。
When the distance L between the
データ転送終了パルス602により開始された血糖値の推定が終了すると、推定手段710から推定血糖値701が外部に出力される(図4:T4L)。
When the estimation of the blood glucose level started by the data transfer
制御手段800の内部に設けた時間差判定手段820では、時間差信号702の示すサンプル数が時間差判定閾値レジスタ821の示す値60(血管130と生体の表面120との距離Lが1.8mmに相当)より小であるため、光量変更手段830に対して第2領域光量レジスタ832の示す値を選択するよう指示する。その結果、制御手段800は次回の測定周期における光量を1.0(μJ)に下げる。
In the time difference determination means 820 provided inside the control means 800, the number of samples indicated by the
以上の動作を測定周期毎に繰り返す。 The above operation is repeated every measurement cycle.
本発明の実施の形態1では、記憶データ601におけるT4EからT4Hまでのサンプル数を用いて時間差信号702を作成したが、T4CからT4Hまでのサンプル数を用いても同様の効果が得られる。これは、生体の表面120に装着された非侵襲血糖測定装置110では、生体の表面120から生体情報センサ300まで光音響波信号131が伝播する時間は生体情報センサ300の構成材料及び寸法に起因して一意に決定するためである。
In the first embodiment of the present invention, the
但し、非侵襲血糖測定装置110の生体の表面120に対する接触圧が変化した場合はT4Eの発生位置がわずかながら変化することがあるため、1回目の時間窓の開く幅はT4Eの発生位置の変動量を考慮して設定すればよい。
However, when the contact pressure of the non-invasive blood
この場合、1回目の時間窓が開くタイミングを第一時間窓レジスタ732と第二時間窓レジスタ733によりあらかじめ変更しておけばよく、具体的には光源200の点灯タイミング直後に発生する記憶データ601のピーク(図4:T4C)を検出できるような幅の時間窓を設定し、時間差判定閾値レジスタ821の値を光音響波信号131が血管130から生体情報センサ300に到達するまでに必要な伝播時間を考慮して設定すればよい。
In this case, the timing for opening the first time window may be changed in advance by the first
時間差信号702を作成する別の方法として、制御手段800から出力される点灯タイミング802を特徴量推定手段700に入力し、照射光111を照射してから第二の測定位置までのサンプル数を用いてもよい。
As another method for generating the
この場合、時間窓は第三時間窓レジスタ734と第四時間窓レジスタ735で設定したタイミングでのみ開くようにすればよい。
In this case, the time window may be opened only at the timing set by the third
また、本発明の実施の形態1では、光源200の光量を変更することで説明したが、光源の点灯時間を変更することでも同様の結果を得ることが可能である。
In the first embodiment of the present invention, the light amount of the
また、本発明の実施の形態1では、A/D変換手段500のサンプリングデータ501を記憶手段600に一度書き込み、特徴量推定手段700で読み出すことにより推定血糖値701を算出するようにしたが、特徴量推定手段700が直接A/D変換手段500からサンプリングデータ501を受け取ることで推定血糖値701を算出してもよい。
In the first embodiment of the present invention, the estimated
また、本発明の実施の形態1では、光量変更手段830で変更可能な光量を1.5(μJ)と1.0(μJ)の2通りとしたが、時間差判定閾値レジスタ821の閾値の数を複数にすることにより、3通り以上の光量設定も可能である。
In the first embodiment of the present invention, the amount of light that can be changed by the light
また、本発明の実施の形態1では、血管130が患者によって生体の表面120から1.0mmから2.25mmの深さに存在するとして説明したが、血管130の深さはこれに限ったものではない。第三時間窓レジスタ734と第四時間窓レジスタ735を用いて2回目の時間窓の開くタイミングを変更することにより、第一の測定位置と第二の測定位置を任意に検出することが可能である。
In the first embodiment of the present invention, it has been described that the
以上、本発明の実施の形態1に記載の非侵襲血糖測定装置110では、血管130と生体の表面120の距離が変化した場合に必要最小限の光量を照射周期毎に設定することが可能となるため低消費電力の測定装置を実現することが可能となる。
As described above, in the noninvasive blood
なお、本発明の実施の形態1における非侵襲血糖測定装置110で測定する対象は、血管130中のグルコース量に限定されるものではない。すなわち、照射光111の波長領域におけるエネルギーを吸収し光音響波を発生する物質であれば良く、例えば生体の表面120から血管130までの間の組織液に含まれるグルコースや血管130中のヘモグロビン量などに対しても適用可能である。
Note that the target to be measured by the noninvasive blood
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2において、非侵襲生体情報測定装置は非侵襲血糖測定装置140を想定している。この実施の形態2は、呼吸や脈拍等の体動、外部ノイズの影響による推定血糖値701の誤差を最小限に抑えるために、上記測定基本サイクルを10μsから100ms程度の周期で規定回数繰り返し動作させ、測定基本サイクルとして推定血糖値701を算出することにより、消費電力および測定回数の低減を図ったものである。
(Embodiment 2)
In Embodiment 2 of the present invention, the noninvasive biological information measuring device is assumed to be a noninvasive blood
図5は、本発明の実施の形態2におけるシステム構成を示す図である。図5(a)において、140は非侵襲血糖測定装置、120は生体の表面、111は照射光、130は血管、131は光音響波信号である。また、図5(b)は起動信号803、図5(c)は点灯タイミング802、図5(d)は光音響波信号131、図5(e)は終了信号804、図5(f)は推定血糖値出力タイミングを示す。
FIG. 5 is a diagram showing a system configuration according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 5A, 140 is a non-invasive blood glucose measuring device, 120 is the surface of a living body, 111 is irradiation light, 130 is a blood vessel, and 131 is a photoacoustic wave signal. 5B is the
図6は、本発明の実施の形態2における非侵襲血糖測定装置140のブロック構成を示す図である。図6において、140は非侵襲血糖測定装置である。この非侵襲血糖測定装置140において、200は光源、300は生体情報を測定する生体情報センサ、400は生体情報センサ300からの出力信号を増幅する増幅手段、500は増幅手段400により増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段、600はA/D変換手段500によりA/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段、700は記憶手段600に記憶されているデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段、805は光源200の制御、および、増幅手段400、A/D変換手段500の起動を制御する制御手段である。また、801は光量、301は電圧信号、401は増幅信号、501はサンプリングデータ、601は記憶データ、602はデータ転送終了パルス、701は推定血糖値、702は時間差信号である。
FIG. 6 is a diagram showing a block configuration of the noninvasive blood
制御手段805は時間差判定手段820と繰り返し回数変更手段840を有する光源制御内容変更手段811を備え、時間差判定手段820の内部に設けた時間差判定閾値レジスタ821と繰り返し回数変更手段840の内部に設けた第1領域繰り返し回数レジスタ841及び第2領域繰り返し回数レジスタ842を用いることにより、特徴量推定手段700が算出した時間差信号702に応じて一連の測定動作の繰り返し回数を変更するように制御手段805を制御する。
The
図7は、特徴量推定手段700の詳細なブロック構成を示す図である。図7において、760は平均化手段、710は推定手段、720はサンプル数カウンタ、730は時間窓生成手段、740は測定位置検出手段、750は時間差検出手段である。また、721はサンプル数カウント信号、731は時間窓信号、736はカウンタ停止信号、741は測定位置パルス、761は平均化記憶データ、762は平均化終了パルス、763は平均化データ転送終了パルスである。 FIG. 7 is a diagram showing a detailed block configuration of the feature quantity estimation means 700. As shown in FIG. In FIG. 7, 760 is an averaging means, 710 is an estimation means, 720 is a sample number counter, 730 is a time window generation means, 740 is a measurement position detection means, and 750 is a time difference detection means. 721 is a sample count signal, 731 is a time window signal, 736 is a counter stop signal, 741 is a measurement position pulse, 761 is averaged storage data, 762 is an average end pulse, and 763 is an average data transfer end pulse. is there.
平均化手段760は、記憶データ601とデータ転送終了パルス602と終了信号804から記憶データ601の平均化を行い、その結果を平均化記憶データ761として出力するとともに平均化の終了タイミングを示す平均化終了パルス762と平均化記憶データ761のデータ転送が終了したタイミングを示す平均化データ転送終了パルス763を出力する。
The averaging means 760 averages the stored
推定手段710は、平均化記憶データ761と平均化データ転送終了パルス763から血糖値を推定し、推定結果を推定血糖値701として出力する。
The estimation means 710 estimates a blood glucose level from the averaged
サンプル数カウンタ720は平均化記憶データ761と平均化終了パルス762とカウンタ停止信号736を用いて記憶データ601のサンプル数をカウントし、カウント結果をサンプル数カウント信号721として出力する。
The
時間窓生成手段730は、第一時間窓レジスタ732と第二時間窓レジスタ733と第三時間窓レジスタ734と第四時間窓レジスタ735を有し、サンプル数カウント信号721の示すカウント値に応じて時間窓の開閉を示す時間窓信号731を出力する。また、第四時間窓レジスタ735の示す値をカウンタ停止信号736としてサンプル数カウンタ720に出力する。
The time window generating means 730 includes a first
測定位置検出手段740は、時間窓信号731と平均化記憶データ761から測定位置を検出し、検出結果を測定位置パルス741として出力する。
The measurement position detection means 740 detects the measurement position from the
時間差検出手段750は、平均化データ転送終了パルス763とサンプル数カウント信号721と測定位置パルス741から第一の測定位置と第二の測定位置をそれぞれ検出した後、第一の測定位置と第二の測定位置間の時間差を検出し、検出結果を時間差信号702として出力する。
The time difference detection means 750 detects the first measurement position and the second measurement position from the averaged data transfer
図8は、本発明の実施の形態2における非侵襲血糖測定装置140の動作を時間軸でプロットしたタイミングチャートである。図8において、(b)は起動信号803、(e)は終了信号804、(m)は平均化終了パルス762、(n)は平均化記憶データ761、(h)はサンプル数カウント信号721、(i)は時間窓信号731、(j)は測定位置パルス741、(o)は平均化データ転送終了パルス763、(l)は時間差信号702、(f)は推定血糖値出力タイミングである。
FIG. 8 is a timing chart in which the operation of the noninvasive blood
繰り返し測定において起動信号803の発生間隔を測定ユニット(0.1秒)、起動信号803が発生してから測定ユニットを所定回数繰り返して血糖値を推定するまでの区間を測定基本サイクル(10秒)として測定周期(3分)ごとに一連の動作を行う。
In the repeated measurement, the generation interval of the
以下、図5、図6、図7、図8を用いて、非侵襲血糖測定装置140が血糖値の連続測定を行う場合の動作を説明する。
Hereinafter, the operation when the noninvasive blood
非侵襲血糖測定装置140を、生体の表面120に接するように装着することで、光源200が発する照射光111が生体に入射される。入射した照射光111は生体内を伝播し、血管130内の血糖値を推定できる物質で吸収されて光音響波信号131が生成される。
By mounting the non-invasive blood
光音響波信号131は生体情報センサ300により検出され、検出結果である電圧信号301が増幅手段400に送られる。
The
増幅手段400は電圧信号301を増幅し、増幅信号401をA/D変換手段500に出力する。
The amplifying
A/D変換手段500は増幅信号401をサンプリングしてサンプリングデータ501を出力し、記憶手段600はサンプリングデータ501を記憶する。
The A / D conversion means 500 samples the amplified
特徴量推定手段700は記憶手段600から記憶データ601を受け取り、記憶手段600からのデータ転送の終了タイミングを知らせるデータ転送終了パルス602を受け取ると、血糖値の推定を行い、推定結果を推定血糖値701として出力する。
When the feature
このとき、記憶手段600から受け取った記憶データ601から第一の測定位置と第二の測定位置を抽出し、それらの時間差を検出して、検出結果を時間差信号702として制御手段805に出力する。
At this time, the first measurement position and the second measurement position are extracted from the
制御手段805は、増幅手段400とA/D変換手段500の起動や終了を行うと共に、時間差信号702を用いて一連の測定動作の繰り返し回数を変更する。
The
以下では、具体的な数値例を用いて説明する。本実施の形態において、測定周期は3分間隔で実施するものとする。また、生体内を光音響波が伝播する速度を1500m/s、A/D変換手段500におけるサンプリング周波数を50MHz、生体内の測定対象である血管130は個人差により生体の表面120に対して1.0mmから2.25mmの深さに存在する可能性があるものとし、特に本実施の形態2では血管130が生体の表面120に対して1.5mmの深さにある場合を想定する。
Below, it demonstrates using a specific numerical example. In the present embodiment, it is assumed that the measurement cycle is performed at intervals of 3 minutes. Also, the speed at which the photoacoustic wave propagates in the living body is 1500 m / s, the sampling frequency in the A / D conversion means 500 is 50 MHz, and the
ここで、外部より書き込み可能なレジスタの初期値として以下の値を設定する。 Here, the following values are set as initial values of the register that can be written from the outside.
即ち、
(A)第一時間窓レジスタ732:時間窓生成手段730における1回目の時間窓が開くタイミングとして45を設定、
(B)第二時間窓レジスタ733:時間窓生成手段730における1回目の時間窓が閉じるタイミングとして55を設定、
(C)第三時間窓レジスタ734:時間窓生成手段730における2回目の時間窓が開くタイミングとして90を設定、
(D)第四時間窓レジスタ735:時間窓生成手段730における2回目の時間窓が閉じるタイミングとして130を設定、
(E)時間差判定閾値レジスタ821:時間差判定手段820における繰り返し回数選択のための閾値として60を設定、
(F)第1領域繰り返し回数レジスタ841:第1領域における繰り返し回数として150回を設定、
(G)第2領域繰り返し回数レジスタ842:第2領域における繰り返し回数として100回を設定、
また、図8に示す時間差信号702以外の各信号を0に初期化し、時間差信号702の初期値を時間差判定閾値レジスタ821の示す値よりも大となる100に設定する。
That is,
(A) First time window register 732: 45 is set as the timing for opening the first time window in the time window generating means 730.
(B) Second time window register 733: 55 is set as the timing for closing the first time window in the time window generating means 730,
(C) Third time window register 734: 90 is set as the timing for opening the second time window in the time window generating means 730.
(D) Fourth time window register 735: 130 is set as the timing for closing the second time window in the time window generating means 730,
(E) Time difference determination threshold value register 821: 60 is set as a threshold value for selecting the number of repetitions in the time difference determination means 820.
(F) First area repetition number register 841: 150 is set as the number of repetitions in the first area.
(G) Second area repeat count register 842: 100 is set as the repeat count in the second area.
Further, each signal other than the
以上の初期設定が終了した後、まず、非侵襲血糖測定装置140を図5に示すように患者の腕などの生体の表面120に装着する。その後、患者が非侵襲血糖測定装置140に設けられた血糖値測定開始スイッチ(図示せず)を起動すると、制御手段805により起動信号803が増幅手段400とA/D変換手段500とに出力され、増幅手段400とA/D変換手段500とが起動する(図8:T8A)。増幅手段400とA/D変換手段500とが安定動作に入るのと同じタイミングで光源200の点灯タイミング802および光量801が制御され、光源200が点灯され、光音響波信号131が生成される。
After the above initial setting is completed, first, the noninvasive blood
このとき、時間差判定手段820には時間差信号702の初期値100が入力されており、この値は時間差判定閾値レジスタ821の示す値60以上である。そのため、一連の測定動作の繰り返し回数は第1領域繰り返し回数レジスタ841の示す回数値が選択され、150回の繰り返しが行われる。
At this time, the
これは、1回目の測定時には血管130が生体の表面120に対してどの程度の深さにあるのか不明であるため、最も深い場合を想定したものである。
This is because the depth of the
光音響波信号131は、生体情報センサ300により、その圧力に応じた電圧信号301に変換される。
The
生体情報センサ300によって変換された電圧信号301は、増幅手段400により、あらかじめ設定されているゲインで増幅され、増幅信号401としてA/D変換手段500に出力される。
The
ここで、増幅手段400に起動信号803と終了信号804とが入力されているのは、光音響波信号131が発生するタイミングでのみ増幅手段400の構成要素であるオペアンプ等の素子を動作させることにより、増幅手段400の低消費電力化を図る目的のものである。従って、これらの信号によらずに同等の動作を実現することも可能である。
Here, the reason why the
制御手段805からの起動信号803はA/D変換手段500を起動する。増幅手段400から出力された増幅信号401はA/D変換手段500により特定の間隔でA/D変換され、該A/D変換結果であるサンプリングデータ501が記憶手段600に書き込まれる。
An
ここで、終了信号804がA/D変換手段500に入力されているのは、光音響波信号131の発生しているタイミングでのみA/D変換手段500の構成要素であるADコンバータ等の素子を動作させることにより、A/D変換手段500の低消費電力化を図る目的のものである。従って、この信号によらずに同等の動作を実現することも可能である。
Here, the
起動信号803が出力されてからサンプリングデータ501が記憶手段600に書き込まれるまでの一連の処理を150回繰り返す。
A series of processing from when the
150回目の制御手段805からの終了信号804が特徴量推定手段700により受け取られると(図8:T8B)、記憶手段600に記録されている記憶データ601が特徴量推定手段700により読み出される。
When the
平均化手段760は、終了信号804を受け取ると記憶データ601の平均化動作を開始する。そして、150回分の記憶データ601が平均化手段760に転送されたことを示すデータ転送終了パルス602を受け取ると、記憶データ601の平均化演算を行った後に平均化終了パルス762を発生する(図8:T8C)。
When the averaging means 760 receives the
このとき、サンプル数カウンタ720は平均化終了パルス762により0にリセットされた後、平均化記憶データ761のサンプリング毎にカウントアップを開始する。
At this time, the
本実施の形態2における使用方法では、平均化記憶データ761に3つのピークが存在する。これらは時間経過順に、光源200の点灯タイミング直後に照射光111の一部が生体情報センサ300に到達することによって発生するピーク(図8:T8D)、生体の表面120において発生した光音響波信号131が生体情報センサ300に到達するまでの遅延時間後に発生するピーク(図8:T8F)、血管130から発生した光音響波信号131が生体情報センサ300に到達するまでの遅延時間後に発生するピーク(図8:T8I)である。
In the usage method in the second embodiment, there are three peaks in the averaged
これらのピークが発生する大まかな時間は生体内を光音響波が伝播する速さと距離の関係から既知であるので、時間窓を用いてそれぞれのピークを検出することにより、ピークの誤検出を効果的に防ぐことが可能となる。 The approximate time at which these peaks occur is known from the relationship between the speed and distance of propagation of photoacoustic waves in the living body, so detecting each peak using a time window is effective in detecting peaks. Can be prevented.
サンプル数カウント信号721が第一時間窓レジスタ732の示す値である45に達すると時間窓信号731が0から1に変化し(図8:T8E、1回目の時間窓が開く)、サンプル数カウント信号721が第二時間窓レジスタ733の示す値である55に達すると時間窓信号731が1から0に変化する(図8:T8G、1回目の時間窓が閉じる)。
When the sample
測定位置検出手段740では、1回目の時間窓が開いている間において平均化記憶データ761のピーク位置を検出し、ピークを検出したサンプリングタイミングに1回目の測定位置パルス741を発生する(図8:T8F)。
The measurement position detection means 740 detects the peak position of the
時間差検出手段750は1回目の測定位置パルス741の発生タイミングにおいてサンプル数カウント信号721が示す値を第一の測定位置として検出する。このときの第一の測定位置を50とする。
The time difference detection means 750 detects the value indicated by the sample
サンプル数カウント信号721が第三時間窓レジスタ734の示す値である90に達すると時間窓信号731が再び0から1に変化し(図8:T8H、2回目の時間窓が開く)、サンプル数カウント信号721が第四時間窓レジスタ735の示す値である130に達すると時間窓信号731が再び1から0に変化する(図8:T8J、2回目の時間窓が閉じる)。
When the
測定位置検出手段740では、2回目の時間窓が開いている間において記憶データ601のピーク位置を検出し、ピークを検出したサンプリングタイミングに2回目の測定位置パルス741を発生する(図8:T8I)。
The measurement position detection means 740 detects the peak position of the stored
このとき、時間差検出手段750は2回目の測定位置パルス741の発生タイミングにおけるサンプル数カウント信号721の示す値を第二の測定位置として検出する。このときの第二の測定位置を100とする。
At this time, the time difference detection means 750 detects the value indicated by the sample
サンプル数カウンタ720は、2回目の時間窓が閉じるとカウントアップの動作を停止する。
The
平均化手段760から推定手段710への平均化記憶データ761のデータ転送が終了すると、平均化データ転送終了パルス763が発生する(図8:T8K)。
When the data transfer of the
特徴量推定手段700は平均化データ転送終了パルス763を受け取ると、時間差検出手段750において第一の測定位置(図8:T8F)と第二の測定位置(図8:T8I)の間のカウント値の差(50サンプル数)を時間差信号702として出力する(図8:T8L)。また、このときに推定手段710において血糖値の推定を開始する。
When the feature quantity estimation means 700 receives the averaged data transfer
ここで時間差信号702が50となるのは以下の理由によるものである。
Here, the reason why the
血管130と生体の表面120との距離Lを1.5mm、生体内を光音響波が伝播する速度vを1500m/sとした場合、第一の測定位置が発生してから第二の測定位置が発生するまでの時間差tはt=L/v=0.0015/1500=1μsとなる。A/D変換手段240におけるサンプリング周波数を50MHzとすると、サンプリング周期は20nsとなるため、1μsの時間差を記憶データ601におけるサンプリングデータ数に換算すると1μs/20ns=50サンプルデータ数となる。
When the distance L between the
平均化データ転送終了パルス763により開始された血糖値の推定が終了すると、推定手段710から推定血糖値701が外部に出力される(図8:T8M)。
When the estimation of the blood glucose level started by the averaged data transfer
制御手段805の内部に設けた繰り返し回数変更手段840では、時間差信号702の示すサンプル数が時間差判定閾値レジスタ821の示す値60(血管130と生体の表面120との距離Lが1.8mmに相当)より小であるため、光量変更手段830に対して第2領域繰り返し回数レジスタ842の示す値を選択するよう指示する。その結果、制御手段805は次回の測定周期における一連の繰り返し回数を100回に設定する。
In the repetition number changing means 840 provided inside the control means 805, the number of samples indicated by the
以上の動作を測定周期毎に繰り返す。 The above operation is repeated every measurement cycle.
本発明の実施の形態2では、平均化記憶データ761におけるT8FからT8Iまでのサンプル数を用いて時間差信号702を作成したが、T8DからT8Iまでのサンプル数を用いても同様の効果が得られる。これは、生体の表面120に装着された非侵襲血糖測定装置140では、生体の表面120から生体情報センサ300まで光音響波信号131が伝播する時間は生体情報センサ300の構成材料及び寸法に起因して一意に決定するためである。
In the second embodiment of the present invention, the
但し、非侵襲血糖測定装置140の生体の表面120に対する接触圧が変化した場合はT8Fの発生位置がわずかながら変化することがあるため、1回目の時間窓の開く幅はT8Fの発生位置の変動量を考慮して設定すればよい。
However, when the contact pressure of the non-invasive blood
この場合、1回目の時間窓が開くタイミングを第一時間窓レジスタ732と第二時間窓レジスタ733によりあらかじめ変更しておけばよく、具体的には光源200の点灯タイミング直後に発生する記憶データ601のピーク(図8:T8D)を検出できるような幅の時間窓を設定し、時間差判定閾値レジスタ821の値を光音響波信号131が血管130から生体情報センサ300に到達するまでに必要な伝播時間を考慮して設定すればよい。
In this case, the timing for opening the first time window may be changed in advance by the first
時間差信号702を作成する別の方法として、制御手段805から出力される点灯タイミング802を特徴量推定手段700に入力し、照射光111を照射してから第二の測定位置までのサンプル数を用いてもよい。
As another method of creating the
この場合、時間窓は第三時間窓レジスタ734と第四時間窓レジスタ735で設定したタイミングでのみ開くようにすればよい。
In this case, the time window may be opened only at the timing set by the third
また、本発明の実施の形態2では、A/D変換手段500のサンプリングデータ501を記憶手段600に一度書き込み、特徴量推定手段700で読み出すことにより推定血糖値701を算出するようにしたが、特徴量推定手段700が直接A/D変換手段500からサンプリングデータ501を受け取ることで推定血糖値701を算出してもよい。
In the second embodiment of the present invention, the estimated
また、本発明の実施の形態2では、繰り返し回数変更手段840で変更可能な繰り返し回数を100回と150回の2通りとしたが、時間差判定閾値レジスタ821の閾値の数を複数にすることにより、3通り以上の繰り返し回数も設定可能である。
In the second embodiment of the present invention, the number of repetitions that can be changed by the repetition number changing means 840 is two types of 100 and 150. However, by making the number of thresholds in the time difference
また、本発明の実施の形態2では、血管130が患者によって生体の表面120から1.0mmから2.25mmの深さに存在するとして説明したが、血管130の深さはこれに限ったものではない。第三時間窓レジスタ734と第四時間窓レジスタ735を用いて2回目の時間窓の開くタイミングを変更することにより、第一の測定位置と第二の測定位置を任意に検出することが可能である。
In the second embodiment of the present invention, it has been described that the
以上、本発明の実施の形態2に記載の非侵襲血糖測定装置140では、血管130と生体の表面120の距離が変化した場合において、必要最小限の繰り返し回数を照射周期毎に設定することが可能となるため低消費電力の測定装置を実現することが可能となる。
As described above, in the noninvasive blood
なお、本発明の実施の形態2における非侵襲血糖測定装置140で測定する対象は、血管130中のグルコース量に限定されるものではない。すなわち、照射光111の波長領域におけるエネルギーを吸収し光音響波を発生する物質であれば良く、例えば生体の表面120から血管130までの間の組織液に含まれるグルコースや血管130中のヘモグロビン量などに対しても適用可能である。
Note that the target to be measured by the non-invasive blood
以上のように、本発明にかかる非侵襲生体情報測定装置は、光音響検出手段により検出したデータから第一の測定位置と第二の測定位置を抽出し、第一の測定位置から第二の測定位置までの時間差に応じて光源の制御方法や測定繰り返し回数を変更することにより、低消費電力で短い測定時間の装置を実現することが可能となり、ポータブルな非侵襲生体情報測定機器の連続測定時間を向上するうえで有用である。 As described above, the noninvasive living body information measurement apparatus according to the present invention extracts the first measurement position and the second measurement position from the data detected by the photoacoustic detection means, and the second measurement position is extracted from the first measurement position. By changing the control method of the light source and the number of measurement repetitions according to the time difference to the measurement position, it is possible to realize a device with low power consumption and short measurement time, and continuous measurement of portable noninvasive biological information measurement equipment Useful for improving time.
110 非侵襲血糖測定装置
111 照射光
120 生体の表面
130 血管
131 光音響波信号
140 非侵襲血糖測定装置
200 光源
300 生体情報センサ
301 電圧信号
400 増幅手段
401 増幅信号
500 A/D変換手段
501 サンプリングデータ
600 記憶手段
601 記憶データ
602 データ転送終了パルス
700 特徴量推定手段
701 推定血糖値
702 時間差信号
710 推定手段
720 サンプル数カウンタ
721 サンプル数カウント信号
730 時間窓生成手段
731 時間窓信号
732 第一時間窓レジスタ
733 第二時間窓レジスタ
734 第三時間窓レジスタ
735 第四時間窓レジスタ
736 カウンタ停止信号
740 測定位置検出手段
741 測定位置パルス
750 時間差検出手段
760 平均化手段
761 平均化記憶データ
762 平均化終了パルス
763 平均化データ転送終了パルス
800 制御手段
801 光量
802 点灯タイミング
803 起動信号
804 終了信号
805 制御手段
810 光源制御内容変更手段
811 光源制御内容変更手段
820 時間差判定手段
821 時間差判定閾値レジスタ
830 光量変更手段
831 第1領域光量レジスタ
832 第2領域光量レジスタ
840 繰り返し回数変更手段
841 第1領域繰り返し回数レジスタ
842 第2領域繰り返し回数レジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (16)
少なくとも一つの光源と、
前記光源の光量や点灯タイミングや後述する各手段の起動を制御する制御手段と、
生体情報を所定時間測定する生体情報センサと、
前記生体情報センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されているデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段とを備え、
前記特徴量推定手段は前記デジタルデータから第一の測定位置と第二の測定位置を抽出し、第一の測定位置から第二の測定位置までの時間差に応じて前記光源の制御方法を前記制御手段を通じて変更する、ことを特徴とする非侵襲生体情報測定装置。 In a non-invasive living body information measuring apparatus for detecting a photoacoustic wave signal from the living body containing light from a living body by entering light on the living body surface from the living body surface,
At least one light source;
Control means for controlling the light quantity and lighting timing of the light source and activation of each means described later;
A biological information sensor for measuring biological information for a predetermined time;
Amplifying means for amplifying an output signal from the biological information sensor;
A / D conversion means for A / D converting the amplified signal;
Storage means for storing the A / D converted digital data;
A feature amount estimating means for analyzing the digital data stored in the storage means and estimating a feature amount of biological information;
The feature amount estimation means extracts a first measurement position and a second measurement position from the digital data, and controls the control method of the light source according to a time difference from the first measurement position to the second measurement position. A noninvasive living body information measuring device characterized by changing through means.
少なくとも一つの光源と、
前記光源の光量や点灯タイミングや後述する各手段の起動を制御する制御手段と、
生体情報を所定時間測定する生体情報センサと、
前記生体情報センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されているデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段とを備え、
前記特徴量推定手段は前記デジタルデータから第二の測定位置を抽出し、前記光源が点灯してから第二の測定位置までの時間差に応じて前記光源の制御方法を前記制御手段を通じて変更する、ことを特徴とする非侵襲生体情報測定装置。 In a non-invasive living body information measuring apparatus for detecting a photoacoustic wave signal from the living body containing light from a living body by entering light on the living body surface from the living body surface,
At least one light source;
Control means for controlling the light quantity and lighting timing of the light source and activation of each means described later;
A biological information sensor for measuring biological information for a predetermined time;
Amplifying means for amplifying an output signal from the biological information sensor;
A / D conversion means for A / D converting the amplified signal;
Storage means for storing the A / D converted digital data;
A feature amount estimating means for analyzing the digital data stored in the storage means and estimating a feature amount of biological information;
The feature amount estimation means extracts a second measurement position from the digital data, and changes the control method of the light source through the control means according to a time difference from when the light source is turned on to the second measurement position. A noninvasive living body information measuring device characterized by the above.
少なくとも一つの光源と、
前記光源の光量や点灯タイミングや後述する各手段の起動を制御する制御手段と、
生体情報を所定時間測定する生体情報センサと、
前記生体情報センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段と、
前記光源を点灯させてから前記デジタルデータを前記記憶手段に記録するまでの一連の動作を所定回数繰り返し、前記記憶手段に記憶されている所定回数分のデジタルデータを平均化し、前記平均化したデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段とを備え、
前記特徴量推定手段は、前記平均化したデジタルデータから第一の測定位置と第二の測定位置を抽出し、第一の測定位置から第二の測定位置までの時間差に応じて前記一連の動作の繰り返し回数を変更する、ことを特徴とする非侵襲生体情報測定装置。 In a non-invasive living body information measuring apparatus for detecting a photoacoustic wave signal from the living body containing light from a living body by entering light on the living body surface from the living body surface,
At least one light source;
Control means for controlling the light quantity and lighting timing of the light source and activation of each means described later;
A biological information sensor for measuring biological information for a predetermined time;
Amplifying means for amplifying an output signal from the biological information sensor;
A / D conversion means for A / D converting the amplified signal;
Storage means for storing the A / D converted digital data;
A series of operations from when the light source is turned on until the digital data is recorded in the storage means is repeated a predetermined number of times, the digital data for a predetermined number of times stored in the storage means is averaged, and the averaged digital A feature amount estimating means for analyzing the data and estimating the feature amount of the biological information,
The feature amount estimation unit extracts a first measurement position and a second measurement position from the averaged digital data, and the series of operations according to a time difference from the first measurement position to the second measurement position. The non-invasive living body information measuring device characterized by changing the number of times of repetition.
少なくとも一つの光源と、
前記光源の光量や点灯タイミングや後述する各手段の起動を制御する制御手段と、
生体情報を所定時間測定する生体情報センサと、
前記生体情報センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅された信号をA/D変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換されたデジタルデータを記憶する記憶手段と、
前記光源を点灯させてから前記デジタルデータを前記記憶手段に記録するまでの一連の動作を所定回数繰り返し、前記記憶手段に記憶されている所定回数分のデジタルデータを平均化し、前記平均化したデジタルデータを解析して生体情報の特徴量を推定する特徴量推定手段と、を備え、
前記特徴量推定手段は、前記平均化したデジタルデータから第二の測定位置を抽出し、前記光源が点灯してから第二の測定位置までの時間差に応じて前記一連の動作の繰り返し回数を変更する、ことを特徴とする非侵襲生体情報測定装置。 In a non-invasive living body information measuring apparatus for detecting a photoacoustic wave signal from the living body containing light from a living body by entering light on the living body surface from the living body surface,
At least one light source;
Control means for controlling the light quantity and lighting timing of the light source and activation of each means described later;
A biological information sensor for measuring biological information for a predetermined time;
Amplifying means for amplifying an output signal from the biological information sensor;
A / D conversion means for A / D converting the amplified signal;
Storage means for storing the A / D converted digital data;
A series of operations from when the light source is turned on until the digital data is recorded in the storage means is repeated a predetermined number of times, the digital data for a predetermined number of times stored in the storage means is averaged, and the averaged digital A feature amount estimating means for analyzing the data and estimating the feature amount of the biological information,
The feature amount estimation unit extracts a second measurement position from the averaged digital data, and changes the number of repetitions of the series of operations according to a time difference from when the light source is turned on to the second measurement position. A non-invasive living body information measuring device characterized by that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007206570A JP2009039268A (en) | 2007-08-08 | 2007-08-08 | Noninvasive biological information measuring device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012020062A (en) * | 2010-07-16 | 2012-02-02 | Ihara Denshi Kogyo Kk | Biosignal detecting device, control method used for the same, and program |
WO2012114695A1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-30 | 富士フイルム株式会社 | Photoacoustic image generation device |
-
2007
- 2007-08-08 JP JP2007206570A patent/JP2009039268A/en active Pending
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