JP2010220939A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の反射を用いて生体の情報を測定する際に、生体との隙間から入射するノイズ光を遮ることにより、ノイズ光による影響を受けない生体情報測定装置を提供する。
【解決手段】生体情報測定装置１０は、生体に装着して前記生体に関する情報を測定する測定装置であって、生体に照射光を照射し、照射光が生体の表面を照射する照射領域で反射する反射光に基づいて生体に関する情報を測定する生体情報測定手段４２と、前記生体と対向する側から前記照射領域の周囲に向かって伸張することにより、外部から前記生体情報測定手段４２に入射する外光を遮断する遮光手段８０と、遮光手段８０による外光の遮断の効果を検査する検査手段７０と、検査手段７０が検査した結果に基づいて遮光手段８０の伸張の度合を制御する制御手段４６と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、人物の腕等に装着して生体情報を測定する測定装置および測定方法に関する。

病気の早期診断や、治療後の機能回復訓練における運動量のコントロールのために、生体情報を計測する計測装置を身に付け、生体情報を連続的または断続的に計測する方法が活用されている。このような計測装置として、例えば、脈拍や血圧等の生体情報を光により計測すべく腕に装着するリストバンド型の計測装置が広く使われている。
このような計測装置は、受光素子を有する測定面と、腕の皮膚表面との間に隙間が存在するため、そこに外部から入射する外光（外乱光）がノイズ光となり、測定結果に影響を与えた。このようなノイズ光の対策として、下記特許文献１に示すように、皮膚表面とセンサーとの間に表面側が凸曲面の透光板を設け、この透光板を皮膚と密着させることでノイズ光の侵入を防ぐセンサーが提案されている。また、下記特許文献２に示すように、腕に巻くバンドの基材より高い弾性を有する弾性材を、バンドの内周側に配置することにより、センサーを生体と密着させノイズ光の侵入を防ぐ装置が提案されている。

特開２００５−２４６０８９号公報 特開２００１−２７６００１号公報

しかしながら、上述したセンサーや装置では、実際にノイズ光が遮光された効果を把握することなく一律に遮光したので、測定対象である生体の個人差や、生体に装着する装着場所により遮光の効果が薄れ、隙間から流入するノイズ光が誤差を生む要因となり、生体情報を精度良く測定できなかった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる測定装置は、生体に装着して前記生体に関する情報を測定する測定装置であって、前記生体に照射光を照射し、前記照射光が前記生体の表面を照射する照射領域で反射する反射光に基づいて前記生体に関する情報を測定する生体情報測定手段と、前記生体情報測定手段の周囲から前記照射領域に向かって伸張することにより、前記生体情報測定手段に入射する外光を遮る遮光手段と、前記遮光手段による遮光の効果を検査する検査手段と、前記検査手段の検査結果に基づいて前記遮光手段の伸張の度合を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、生体情報測定手段に入射する外光は、遮光手段が伸張することで遮光される。更に、検査手段による遮光効果の検査結果に基づいて遮光手段の伸張の度合が制御される。従って、遮光効果の検査結果に基づいて遮光手段の伸張の度合が制御されることで、入射する外光を測定装置と生体との間に生じる隙間の状態によらず遮光できることから、生体で反射する反射光を用いて測定する生体情報測定手段に外部から入射する光を効果的に遮ることができるため、生体に関する情報を精度良く測定できる。

［適用例２］
上記適用例にかかる測定装置において、前記制御手段は、前記検査手段が検査した結果、前記遮光の効果が不十分であると判定した場合、前記遮光手段を更に伸張させることが好ましい。

このような構成によれば、検査手段による検査の結果、外光の遮断が不十分であると判定した場合、遮光手段を更に伸張させることにより遮光効果を高めることができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる測定装置において、前記制御手段は、前記検査手段が検査した結果、前記遮光の効果が十分であると判定した場合、前記生体情報測定手段に対して前記生体に関する情報の測定を指示し、前記生体情報測定手段は、前記測定の指示に応じて前記生体に関する情報を測定することが好ましい。

このような構成によれば、検査手段による検査の結果、外光の遮断が十分であると判定した場合、生体情報測定手段に対して測定を指示し、生体情報測定手段は指示に応じて測定することにより、信頼性の高い測定ができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる測定装置において、前記遮光手段は弾性部材で形成されることが好ましい。

このような構成によれば、遮光手段は弾性部材で形成されているため、生体の表面に密着させることができる。

［適用例５］
本適用例にかかる測定方法は、生体情報測定手段が生体に照射光を照射し、前記照射光が前記生体の表面を照射する照射領域で反射する反射光に基づいて前記生体に関する情報を測定する測定方法であって、前記生体情報測定手段の周囲から前記照射領域に向かって伸縮部材を伸張することにより、前記生体情報測定手段に入射する外光を遮る遮光工程と、前記遮光工程による遮光の効果を検査する検査工程と、前記検査工程での検査結果に基づいて前記伸縮部材の伸張の度合を制御する制御工程と、を備えることを特徴とする。

このような方法によれば、外部から入射する外光は伸縮部材が伸張することで遮光される。更に、遮光効果の検査結果に基づいて伸縮部材の伸張の度合が制御される。従って、遮光効果の検査結果に基づいて伸縮部材の伸張の度合が制御されることで、入射する外光を測定装置と生体との間に生じる隙間の状態によらず遮光できることから、外部から入射する光を効果的に遮ることができるため、生体に関する情報を精度良く測定できる。

本発明の実施形態に係る生体情報測定装置の外観を示す図。 本発明の実施形態に係る生体情報測定装置の本体の裏面の外観を示す図。 （ａ）は、伸縮部を収縮させた場合の断面を示し、（ｂ）は、伸縮部を膨張させた場合の断面を示す図。 本発明の実施形態に係る生体情報測定装置の機能構成を示すブロック図。 検査手段の構成を示す図。 生体情報測定の処理の流れを示すフローチャート。 遮光処理の流れを示すフローチャート。 空間の遮光状態を調べる処理の流れを示すフローチャート。

以下、測定装置の一形態として、生体情報測定装置について図面を参照して説明する。

（実施形態）
図１は、生体情報測定装置１０の外観を示す図である。この生体情報測定装置１０は、腕時計のような様態であり、箱状の本体１５の対向する２つの端部がベルト３０で連結され、このベルト３０を介して人物の腕５０に装着される。尚、装着する部位は腕５０に限定されず、足や腹部であっても良い。本体１５の表面には、生体情報測定装置１０が測定した情報を表示する表示部２０と、生体情報測定装置１０を操作するための操作ボタン２５が配置されている。本実施形態では、この生体情報測定装置１０は、所定の操作ボタン２５が押下されるか、または予め設定されたタイマーがタイムアウトすることで生体情報の測定が開始されるように構成されている。
この生体情報測定装置１０は、何れも図示を略すが、制御プログラムに基づいて演算および装置全体を制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、所定領域にあらかじめＣＰＵの制御プログラム等を格納しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭから読み出したデータやＣＰＵの演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、情報を表示させるためのプログラムや測定データを格納するＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）と、外部装置等に対して測定指示や測定データの入出力を媒介するＩ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）とで構成されている。これらは、データを転送するための信号線であるバスにより、相互にデータが授受可能であるように接続されている。

図２は、本体１５の裏面の外観を示す図である。この図２に示すように、本体１５の裏面は平面状であり、裏面の略中心部には、光を用いて生体に関する情報を測定する生体情報測定部４０と、入射する光量を測定する光量測定部４８が埋設されている。更に、生体情報測定部４０および光量測定部４８の周囲には伸縮部４５が形成されている。この伸縮部４５は、伸縮可能な伸縮部材で形成されている。本実施形態では、伸縮部４５は、ゴムのような弾性部材が袋状に形成され、流体であるエアーの流入や流出に応じて膨張や収縮する。本実施形態では、伸縮部４５は、情報測定部４０および光量測定部４８の周囲に円状に形成されているが、これには限定されず角状であっても良い。
次に、図３（ａ）および（ｂ）は、生体情報測定装置１０が人物の腕５０に装着された場合の概略断面図を示す。図３（ａ）は伸縮部４５が収縮した状態を示し、図３（ｂ）は伸縮部４５が膨張した状態を示す。図３（ａ）に示すように、伸縮部４５が収縮した状態では、本体１５裏面が腕５０と接しており、生体情報測定部４０および光量測定部４８には、外光（ノイズ光）が入射する。また、図３（ｂ）に示すように、伸縮部４５が膨張した状態では、伸縮部４５が腕５０に密着することで、本体１５裏面と腕５０との間に閉空間Ｐが形成され、生体情報測定部４０および光量測定部４８にはノイズ光が入射することなく遮光される。本実施形態では、生体情報測定部４０が生体情報を測定する場合には、伸縮部４５が膨張して閉空間Ｐが生成され、生体情報の測定が終了した場合には、伸縮部４５が収縮して閉空間Ｐが開放される。

図４は、生体情報測定装置１０の機能構成を示すブロック図である。この生体情報測定装置１０は、制御手段４６、生体情報測定手段４２、検査手段７０および遮光手段８０を備える。最初に、検査手段７０は、閉空間Ｐの遮光状態に関する情報を取得し、取得した情報に基づき遮光手段８０による遮光の効果を検査する。本実施形態では、光量測定部４８である検査手段７０は、図５に示すように、フォトダイオード７６、Ａ／Ｄ変換回路７４および比較回路７２を備える。フォトダイオード７６は、入射する光量に応じて電気信号を出力する。また、Ａ／Ｄ変換回路７４は、フォトダイオード７６が出力する電気信号（アナログ信号）をデジタル形式のデータに変換する。また、比較回路７２は、デジタル形式に変換された電気信号の値と、想定した遮光状態の閾値を示す電気信号との大小を比較し、比較した結果に関する比較情報を制御手段４６に送る。
遮光手段８０は、制御手段４６からの指示に応じて、生体情報測定部４０である生体情報測定手段４２の周囲から腕５０上の照射領域に向かって伸縮部４５を伸張させることにより、外部から生体情報測定手段４２に入射するノイズ光を遮る。本実施形態では、供給するエアーを制御することにより、伸縮部４５を膨張させたり、収縮させたりすることで、本体１５裏面と腕５０との間の空間を遮光状態にしたり、開放状態にしたりする。より具体的には、遮光手段８０は、圧縮空気を生成するポンプとして機能する小型モーター（図示は略す）を備え、この小型モーターの回転により伸縮部４５を膨張させるためのエアーを生成する。従って、小型モーターの回転数や回転時間を制御することで伸縮部４５に供給するエアーが調整できる。また、遮光手段８０は、伸縮部４５のエアーを排気することで伸縮部４５を収縮させる。

制御手段４６は、検査手段７０から送られる比較情報に基づいて、遮光手段８０に対して遮光を指示する。更に、制御手段４６は、伸縮部４５が膨張して閉空間Ｐが所定の遮光状態になった場合、生体情報測定手段４２に対して測定を開始する指示を送る。また、生体情報測定手段４２は、制御手段４６から送られる指示を受け、照射光を腕５０上の照射領域に照射し、照射領域で反射する反射光の強度を検出する反射型光検出装置を用いて、人物の脈波や脈拍等の生体情報を測定する。
次に、生体情報測定装置１０による生体情報測定の処理の流れを、図６〜図８を参照して説明する。図６は、生体情報測定の処理の流れを示すフローチャートであり、生体情報測定装置１０が起動されると、最初に、ＣＰＵは、測定開始が指示されたか、否かを判定し（ステップＳ１００）、測定開始が指示されるまで待つ（ステップＳ１００でＮｏ）。ここで、測定開始が指示されたとＣＰＵが判定した場合（ステップＳ１００でＹｅｓ）、ＣＰＵは、制御手段４６に対して遮光を指示する（ステップＳ１０２）。この指示を受けて遮光する処理の詳細は後述する。

次に、ＣＰＵは、生体情報測定手段４２に対して生体情報の測定を指示する（ステップＳ１０４）。続いて、ＣＰＵは、制御手段４６に対して遮光解除を指示する（ステップＳ１０６）。次に、ＣＰＵは、ユーザーにより終了指示されたか、否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここで、ＣＰＵが終了指示されていないと判定した場合（ステップＳ１０８でＮｏ）、初期状態に戻るべくステップＳ１００に戻る。他方で、ＣＰＵが終了指示されたと判定した場合（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、一連の処理を終了する。
図７は、ステップＳ１０２に示した工程の流れを示すフローチャートである。最初に、ＣＰＵは、遮光工程を実行し、伸縮部４５に一定量のエアーを注入する（ステップＳ１１０）。続いて、ＣＰＵは、伸縮部４５に所定量のエアーが注入されるまで待つ（ステップＳ１１２）。

ここで、ＣＰＵが伸縮部４５に所定量のエアーが注入されたと判断した場合（ステップＳ１１２でＹｅｓ）、ＣＰＵは、本体１５裏面と腕５０との間の空間の遮光状態を調べる（ステップＳ１１４）。遮光状態を調べる処理の詳細は後述する。
次に、ＣＰＵは、制御工程を実行し、本体１５裏面と腕５０との間の空間の遮光が所定のレベルに達したか、否かを判定する（ステップＳ１１６）。ここで、遮光が所定のレベルに達していないと判定した場合（ステップＳ１１６でＮｏ）、ステップＳ１１０に戻り、伸縮部４５に一定量のエアーを更に注入する。
他方で、遮光が所定のレベルに達したと判定した場合（ステップＳ１１６でＹｅｓ）、ＣＰＵは、生体情報測定手段４２への生体測定の指示を意味する遮光完了を通知し（ステップＳ１１８）、一連の処理を終了する。

図８は、ステップＳ１１４に示した空間の遮光状態を調べる処理の流れを示すフローチャートである。最初に、ＣＰＵは、フォトダイオード７６に受光を指示する（ステップＳ１２０）。次に、ＣＰＵは、フォトダイオード７６が受光した受光量のアナログデータをデジタルデータに変換する（ステップＳ１２２）。次に、ＣＰＵは、デジタル形式に変換した受光量の値と、予め設定した閾値との大小を比較する（ステップＳ１２４）。
ここで、受光量の値が予め設定した閾値以上である場合（ステップＳ１２４でＹｅｓ）、ＣＰＵは、制御手段４６に遮光未完了であることを示す情報を通知し、一連の処理を終了する。他方で、受光量の値が予め設定した閾値を越えない場合（ステップＳ１２４でＮｏ）、ＣＰＵは、制御手段４６に遮光完了であることを示す情報を通知し、一連の処理を終了する。

以上の処理により、生体情報測定手段４２は、測定する領域の周囲が遮光された状態で測定できるため、ノイズ光の影響を受けることなく人物の脈波や脈拍等を精度良く測定できる。また、ゴムのような弾性部材が袋状に構成された伸縮部４５が腕５０に接して遮光するため、腕５０の太さや表面状態に関係なく腕５０の表面に倣うことから密着度が上がり、本体１５裏面と腕５０との間の空間の遮光性を更に向上させることができる。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、フォトダイオード７６が受光した受光量の値が予め設定した閾値よりも所定の値を超えて下回った場合、伸縮部４５に注入したエアーを排気しても良い。この場合、生体情報測定装置１０を装着した人物の不快感や圧迫感を除去できる。また、検査手段７０のフォトダイオード７６は、生体情報測定手段４２において反射光の強度を検出するデバイスを共用しても良い。この場合、生体情報測定装置１０を構成する部品数を低減できる。

１０…生体情報測定装置、１５…本体、２０…表示部、２５…操作ボタン、３０…ベルト、４０…生体情報測定部、４２…生体情報測定手段、４５…伸縮部、４６…制御手段、４８…光量測定部、５０…腕、７０…検査手段、７２…比較回路、７６…フォトダイオード、８０…遮光手段。

Claims (5)

1. 生体に装着して前記生体に関する情報を測定する測定装置であって、
   前記生体に照射光を照射し、前記照射光が前記生体の表面を照射する照射領域で反射する反射光に基づいて前記生体に関する情報を測定する生体情報測定手段と、
   前記生体情報測定手段の周囲から前記照射領域に向かって伸張することにより、前記生体情報測定手段に入射する外光を遮る遮光手段と、
   前記遮光手段による遮光の効果を検査する検査手段と、
   前記検査手段の検査結果に基づいて前記遮光手段の伸張の度合を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置において、
   前記制御手段は、前記検査手段が検査した結果、前記遮光の効果が不十分であると判定した場合、前記遮光手段を更に伸張させることを特徴とする測定装置。
3. 請求項１乃至２のいずれかに記載の測定装置において、
   前記制御手段は、前記検査手段が検査した結果、前記遮光の効果が十分であると判定した場合、前記生体情報測定手段に対して前記生体に関する情報の測定を指示し、
   前記生体情報測定手段は、前記測定の指示に応じて前記生体に関する情報を測定することを特徴とする測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定装置において、
   前記遮光手段は弾性部材で形成されることを特徴とする測定装置。
5. 生体情報測定手段が生体に照射光を照射し、前記照射光が前記生体の表面を照射する照射領域で反射する反射光に基づいて前記生体に関する情報を測定する測定方法であって、
   前記生体情報測定手段の周囲から前記照射領域に向かって伸縮部材を伸張することにより、前記生体情報測定手段に入射する外光を遮る遮光工程と、
   前記遮光工程による遮光の効果を検査する検査工程と、
   前記検査工程での検査結果に基づいて前記伸縮部材の伸張の度合を制御する制御工程と、を備えることを特徴とする測定方法。

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