JP2015000045A - Pulsation measurement device, pulsation measurement method, and program - Google Patents
Pulsation measurement device, pulsation measurement method, and program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015000045A JP2015000045A JP2013126786A JP2013126786A JP2015000045A JP 2015000045 A JP2015000045 A JP 2015000045A JP 2013126786 A JP2013126786 A JP 2013126786A JP 2013126786 A JP2013126786 A JP 2013126786A JP 2015000045 A JP2015000045 A JP 2015000045A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pulsation
- light
- wavelength
- measurement target
- light emitting
- 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.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、運動中の生体の脈動、特に運動中のモルモット等の実験用小動物の脈動を測定可能な、脈動測定装置、脈動測定方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a pulsation measuring apparatus, a pulsation measuring method, and a program capable of measuring the pulsation of a living body during exercise, in particular, the pulsation of a small experimental animal such as a guinea pig during exercise.
従来より、動物の条件付け学習を調査する手法としては、飲水実験に代表される行動実験が一般的に採用されていた。しかしながら、飲水実験は、準備等を含め最低1週間を要する。このため、動物の条件付け学習を調査する別の手法が要求されている。
例えば、動物の条件付け学習を調査する別の手法として、動物の心理状態をモニタリングする手法の1つである、心電図を用いる手法がある。ただし、当該手法では、動物が動くとノイズが混入するため、動物を拘束するか又は麻酔下で計測する必要があり、自由行動下の動物の脈拍計測に適用するのは不的である。
そこで、本発明者は、動物の心理状態をモニタリングする別の手法の1つである、イヤセンサによる脈動の計測(例えば特許文献1参照)を用いる手法に着目した。
Conventionally, behavioral experiments represented by drinking water experiments have been generally adopted as methods for investigating conditioned learning of animals. However, a drinking experiment requires a minimum of one week including preparation. For this reason, another method for investigating conditioned learning of animals is required.
For example, as another method for investigating conditioned learning of animals, there is a method using an electrocardiogram, which is one of the methods for monitoring the psychological state of animals. However, in this method, since noise is mixed when the animal moves, it is necessary to measure the animal under restraint or under anesthesia, and it is inappropriate to apply it to the pulse measurement of the animal under free action.
Therefore, the present inventor paid attention to a method using measurement of pulsation by an ear sensor (see, for example, Patent Document 1), which is another method for monitoring the psychological state of an animal.
しかしながら、特許文献1を含め従来のイヤセンサは、運動中等の人間の耳たぶに装着して当該人間の脈動を計測することを前提としているため、運動中のモルモットの耳に装着しても、当該モルモットの脈動を計測することは非常に困難である。
However, since the conventional ear sensor including
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、運動中の生体の脈動を精度良く測定可能にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to make it possible to accurately measure the pulsation of a living body during exercise.
上記目的を達成するため、本発明の一態様の脈動測定装置は、
所定の波長の光を発する発光部と、
前記発光部から発せられ、生体の測定対象部位を透過した光を受光して、当該光の強度に応じた電気信号を出力する出力部と、
前記出力部から出力された電気信号の時間推移に基づいて、前記測定対象部位における脈動のデータを取得する取得部と、
を備え、
前記発光部の波長は、前記測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて設定されている、ことを特徴とする。
このように、従来は考慮されていなかった発光部の波長が、測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて設定される。その結果、運動中の生体の脈動、特に運動中のモルモット等の実験用小動物の脈動が測定可能になる。
In order to achieve the above object, a pulsation measuring device according to one aspect of the present invention includes:
A light emitting unit that emits light of a predetermined wavelength;
An output unit configured to receive light emitted from the light emitting unit and transmitted through a measurement target site of a living body, and to output an electrical signal corresponding to the intensity of the light;
Based on the time transition of the electrical signal output from the output unit, an acquisition unit that acquires pulsation data in the measurement target site;
With
The wavelength of the light emitting unit is set based on a thickness and an absorption coefficient of the measurement target part.
Thus, the wavelength of the light emitting unit, which has not been considered in the past, is set based on the thickness of the measurement target region and the absorption coefficient. As a result, it is possible to measure the pulsation of a living body during exercise, particularly the pulsation of a small experimental animal such as a guinea pig during exercise.
また、本発明の一態様の脈動測定装置において、
前記測定対象部位は、実験用小動物の耳であり、
前記発光部の波長は、黄色光の帯域で設定されている、
ようにすることができる。
これにより、運動中のモルモット等の実験用小動物の脈動を精度良く適切に測定することが可能になる。
Moreover, in the pulsation measuring device of one aspect of the present invention,
The measurement target site is an ear of a small experimental animal,
The wavelength of the light emitting unit is set in a yellow light band,
Can be.
This makes it possible to accurately and appropriately measure the pulsation of a small experimental animal such as a guinea pig during exercise.
また、本発明の一態様の脈動測定装置は、
前記測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて、前記発光部の波長を可変設定する波長設定部、
をさらに備えることができる。
これにより、測定対象部位の違いによらず、脈動を精度よく適切に測定することが可能になる。ここで、測定対象部位の違いとは、人間や実験用小動物等の生体の種類の違い(耳の厚さや血流量の違い)のみならず、同一生体内での部位の違い(耳と、それ以外の部位、例えば指等との違い)も含まれる。
Further, the pulsation measuring device according to one aspect of the present invention includes:
A wavelength setting unit that variably sets the wavelength of the light emitting unit based on the thickness and absorption coefficient of the measurement target part,
Can further be provided.
Thereby, it becomes possible to measure pulsation accurately and appropriately regardless of the difference in the measurement target region. Here, the difference in the measurement target part is not only the difference in the type of living body such as a human or a small experimental animal (difference in ear thickness or blood flow) but also the difference in part in the same living body (ear and it). Other parts, such as a difference from a finger or the like).
また、上記目的を達成するため、本発明の一態様の脈動測定方法及びプログラムの各々は、上述の本発明の一態様の脈動測定装置に対応する方法及びプログラムの各々である。 Moreover, in order to achieve the said objective, each of the pulsation measuring method and program of 1 aspect of this invention is each of the method and program corresponding to the above-mentioned pulsation measuring apparatus of 1 aspect of this invention.
本発明によれば、運動中の生体の脈動を精度良く測定可能となる。 According to the present invention, it is possible to accurately measure the pulsation of a living body during exercise.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る脈動測定装置の機能的構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a pulsation measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
脈動測定装置は、図1に示すように、LED(Light Emitting Diode)駆動電源11と、切替部12と、波長が相異なるN種類(Nは1以上の任意の整数値)のLED発光部13−1乃至13−Nと、受光部14と、アンプ15と、データ取得部16と、データ表示部17と、厚み取得部18と、波長設定部19とを備えている。
As shown in FIG. 1, the pulsation measuring device includes an LED (Light Emitting Diode) drive
ここで、本実施形態では、データ表示部17はコンピュータ31に内蔵するディスプレイとして構成されており、データ取得部16、厚み取得部18、及び波長設定部19は、コンピュータ31(ハードウェア)とそれが実行するソフトウェアとの協働により構成される。しかしながら、データ取得部16乃至波長設定部19の構成は、本実施の形態に特に限定されず、後述する各機能を有するものであれば足りる。即ち、例えば、データ表示部17はコンピュータ31とは別の外部モニタとして構成されてもよいし、データ取得部16、厚み取得部18、及び波長設定部19の少なくとも一部の機能は、専用の回路(ハードウェア)により構成されてもよい。
Here, in this embodiment, the
LED駆動電源11は、LED発光部13−1乃至13−Nを発光させるための、安定化電源である。
切替部12は、LED選択部20の制御に基づいて、出力先を切り替える。具体的には、切替部12においては、その入力端にLED駆動電源11が接続され、N個の出力端のそれぞれには、LED発光部13−1乃至13−Nの各々が接続される。後述のLED選択部20によりLED発光部13−K(Kは、1乃至Nのうちの任意の整数値)が選択された場合、切替部12の出力先は、LED発光部13−Kに切り替えられる。
この場合、LED駆動電源11から発生された電力は、切替部12を介してLED発光部13−Kに供給される。
LED発光部13−Kは、他とは波長が異なるLEDを有し、LED駆動電源11から発生された電力を駆動源として、発光する。
なお、LED発光部13−1乃至13−Nの各々を特に区別する必要が無い場合、以下、これらをまとめて「LED発光部13」と呼ぶ。
受光部14は、フォトダイオードを含み、LED発光部13からの光を受光し、例えば受光の強度に応じたレベルの電気信号に変換し、出力する。
アンプ15は、受光部14から出力された電気信号のレベルを増幅し、例えば所定の電流値(例えば4〜20mAの範囲内の電流値)を有する出力信号としてデータ取得部16に出力する。
The LED
The
In this case, the electric power generated from the LED
LED light emission unit 13-K, the other has a LED of different wavelengths, the power that is occurs from the LED
In addition, when it is not necessary to distinguish each of the LED light emission parts 13-1 thru | or 13-N in particular, these are collectively called the "LED
The
The
図2は、LED発光部13と、受光部14との外観構成を示す模式図である。
図2に示すように、LED発光部13と受光部14とは、人間を含む生体の耳に装着される、いわゆるイヤセンサを構成する。
生体の脈動の測定時には、LED発光部13のうちLED41が配置されている面(図2(A)に示す面であり、以下、「表面」と呼ぶ)と、受光部14のうちフォトダイオードが配置されている面(図2(A)に示す面であり、以下、「表面」と呼ぶ)とを対向させて、生体の耳を挟むように配置される。この場合、図2(B)に示すように、LED発光部13の裏面に配置されたマグネット42と、受光部14の裏面に配置されたマグネット43との磁力により、イヤセンサが生体の耳に固定される。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the external configuration of the LED
As shown in FIG. 2, the LED
When measuring the pulsation of the living body, the surface of the LED
図3は、生体の一例としてのモルモット51の耳に、LED発光部13と受光部14とからなるイヤセンサを装着(固定)させた様子を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state where an ear sensor composed of the LED
図1に戻り、データ取得部16は、受光部14からアンプ15を介して出力信号として連続的に出力される波形データを取得して、その波形データに基づいて生体の脈動を測定する。
なお、以下、受光部14からアンプ15を介して出力される電気信号を、単に、「受光部14の出力信号」と呼ぶ。換言すると、以下、アンプ15を介する点については省略して説明する。
データ表示部17は、受光部14から供給された波形データの様子や、生体の脈動の測定結果を画像として表示する。
Returning to FIG. 1, the
Hereinafter, the electric signal output from the
The
図4は、図1の脈動測定装置による、図3のモルモット51の脈動の測定結果を示す図である。
縦軸は、受光部14の出力信号のレベルを示しており、横軸は、時間軸を示している。
データ取得部16は、受光部14の出力信号の周期(同図の波形のピークからピークまでの時間間隔)に基づいて、イヤセンサが装着されたモルモット51の脈拍を測定する。また、データ取得部16は、受光部14の出力信号の振幅Hに基づいて、モルモット51の耳における血流量を測定する。
FIG. 4 is a diagram showing a measurement result of pulsation of the
The vertical axis indicates the level of the output signal of the
The
図5は、LED発光部13と受光部14とからなるイヤセンサを含む図1の脈動測定装置による、生体の脈動の測定原理の概要を説明する模式図である。
図5(A)は、イヤセンサが装着される生体の部位(例えば図3の例ではモルモット51の耳)における、生体組織を示している。
図5(A)に示すように、イヤセンサが装着される生体の部位(例えば図3の例ではモルモット51の耳)は、受光部14が当接される側(同図中下側)からみて、血管以外の組織、血管のうち静脈層、及び血管のうち動脈層が、積層されて形成される。
従って、LED発光部13から射出された光は、入射光として動脈層に入射され、静脈層及び血管以外の組織を透過して、透過光として生体の外部に出力されて、受光部14において受光される。受光部14は、この透過光の強度に応じたレベル(本実施形態ではアンプ15を介することにより4〜20mAの範囲内の電流値)の電気信号に変換して、当該電気信号を出力信号としてデータ取得部16に出力する。即ち、受光部14の出力信号のレベル(図4の縦軸)は、直接的には透過光の強度を示している。
図5(B)は、動脈層の厚みの時間的変化と、透過光の強度の時間的変化との関係を示している。
図5に(B)に示すように、心臓の拍動に伴い単位時間当たりの血流量が変化し、血管のうち動脈層が膨らんだり萎んだりしながら、血液が流れる。換言すると、心臓の拍動に応じて動脈層の厚みが変化する。その結果、動脈層の厚みの変化に応じて、生体からの透過光の強度が変化する。
従って、受光部14の出力信号の波形(透過光の強度の時間的推移を示す波形)の周期に基づいて、脈拍が測定可能になる。また、受光部14の出力信号の振幅Hに基づいて、生体の血流量の測定が可能になる。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the outline of the measurement principle of the pulsation of the living body by the pulsation measuring device of FIG. 1 including the ear sensor composed of the LED
FIG. 5A shows a living tissue in a living body portion to which the ear sensor is attached (for example, the ear of the
As shown in FIG. 5A, the part of the living body to which the ear sensor is attached (for example, the ear of the
Therefore, the light emitted from the LED
FIG. 5B shows the relationship between the temporal change in the thickness of the arterial layer and the temporal change in the intensity of transmitted light.
As shown in FIG. 5B, the blood flow per unit time changes with the pulsation of the heart, and blood flows while the arterial layer of the blood vessels swells or shrinks. In other words, the thickness of the arterial layer changes according to the heartbeat. As a result, the intensity of transmitted light from the living body changes according to the change in the thickness of the arterial layer.
Therefore, the pulse can be measured based on the period of the waveform of the output signal of the light receiving unit 14 (waveform indicating the temporal transition of the intensity of transmitted light). Further, based on the amplitude H of the output signal of the
ここで、本発明者は、LED発光部13と受光部14からなるイヤセンサとして、当初、特許文献1等に示される従来のイヤセンサを採用した。
しかしながら、[発明が解決しようとする課題]の欄で上述したように、従来のイヤセンサでは、運動中の人間の耳たぶに装着して当該人間の脈動を測定することは可能であるものの、運動中のモルモット51等実験用小動物の耳に装着して当該実験用小動物の脈動を計測することは実質的に不能である。
そこで、本発明者は、この原因について詳細に検討した結果、人間の耳たぶに比べ、モルモット等の実験用小動物の耳は薄すぎて計測に必要な血流量が不足し、光学的に検出できないのではないかという結論に至った。そこで、本発明者は、実験用小動物に用いて好適な独自のイヤセンサを発明した。
即ち、本実施形態では、LED発光部13と受光部14からなるイヤセンサとして、本発明者により発明された、独自のイヤセンサが採用されている。以下、独自のイヤセンサについて詳細に説明する。
Here, the inventor adopted a conventional ear sensor disclosed in
However, as described above in the section of [Problems to be Solved by the Invention], the conventional ear sensor can be mounted on the earlobe of a person in motion and measure the pulsation of the person. It is practically impossible to measure the pulsation of the experimental small animal by wearing it on the ear of a small experimental animal such as the
Therefore, as a result of examining the cause in detail, the present inventor has found that the ears of small experimental animals such as guinea pigs are too thin compared to human ear lobes, resulting in insufficient blood flow necessary for measurement and optical detection. I came to the conclusion that it might be. Therefore, the present inventors have invented a unique ear sensor suitable for use in small experimental animals.
That is, in the present embodiment, as the ear sensor composed of the LED
先ず、本発明者は、モルモット51の耳が薄すぎて血流量が不足して検出ができないのであれば、検出力を上げればよいと考え、従来のイヤセンサを適用したまま、アンプ15の増幅率を上げる等様々な手法を試みた。しかしながら、何れの手法を試みても、運動中のモルモット51等実験用小動物の脈拍を測定することが実質できなかった。
First, the inventor thinks that if the ear of the
そこで、本発明者は、ヘモグロビンの吸収スペクトルに着目するに至った。
図6は、光の波長についてのヘモグロビン(Hb又はHbO2)の吸収スペクトルを示す図である。
即ち、図6において、縦軸はヘモグロビン(Hb又はHbO2)の吸収係数(任意単位)を示し、横軸は光の波長(nm)を示している。
従来の人間用イヤセンサにおいては、900[nm]付近の近赤外光が一般的に採用されている。この採用の理由は、人間の耳たぶの組織が分厚いため、光の透過力を増すためである。しかしながら、図6に示すように、近赤外光では、吸収係数が低くなるため、即ちヘモグロビンによる吸収量が低くなるため、受光部14の出力信号の振幅Hも、ノイズに埋もれてしまうほど低くなり、その結果、運動中のモルモット51等実験用小動物の脈拍を計測することが実質できなくなる。
そこで、本発明者は、550〜600[nm]付近の可視光(黄色光)に着目した。即ち、本発明者は、黄色光に対する吸収係数は近赤外光と比較して2ケタ近く高いことに着目した。換言すると、本発明者は、当該黄色光を発するLED発光部13を適用することで、モルモット51の血流量の不足をカバーし、モルモット51の脈動を測定できると推測した。そして、本発明者は、黄色LEDを用いたLED発光部13と、受光部14とからなる独自のイヤセンサを作製し、これを図1の脈動測定装置に実装して、モルモット51の耳に装着したところ、脈動の計測に成功した。この計測結果を示したものが、上述の図4である。
Therefore, the present inventor has focused on the absorption spectrum of hemoglobin.
FIG. 6 is a diagram showing an absorption spectrum of hemoglobin (Hb or HbO 2 ) with respect to the wavelength of light.
That is, in FIG. 6, the vertical axis indicates the absorption coefficient (arbitrary unit) of hemoglobin (Hb or HbO 2 ), and the horizontal axis indicates the wavelength (nm) of light.
In the conventional human ear sensor, near infrared light in the vicinity of 900 [nm] is generally employed. The reason for this adoption is to increase the light transmission power because the tissue of the human earlobe is thick. However, as shown in FIG. 6, the absorption coefficient of near-infrared light is low, that is, the amount of absorption by hemoglobin is low, so the amplitude H of the output signal of the
Therefore, the present inventor has focused on visible light (yellow light) in the vicinity of 550 to 600 [nm]. That is, the present inventor has noted that the absorption coefficient for yellow light is nearly two digits higher than that of near infrared light. In other words, the present inventor speculated that by applying the LED
本発明者は、さらに、次のような手法を発明し、当該手法を図1の脈動測定装置に適用した。
先ず、図7を参照して、物体の吸収係数と透過率との関係について説明する。
図7は、物体の吸収係数と透過率との関係を説明するための模式図である。
図7に示すように、強度I0(λ)の入射光が、厚さdの物体を透過して、強度I(λ)の透過光として出力されたものとする。
この場合、波長λの光についての物体の吸収係数α(λ)と透過率T(λ)との関係として、式(1)又は式(2)に示すような、ランベルト・ベールの法則が知られている。
上述した図6に示す波長λと吸収係数α(λ)の関係(グラフ)から、とある波長λに対する吸収係数α(λ)の値がわかるので、生体の測定対象部位(ここでは耳)の厚さdがわかれば、透過率T(λ)が求まることになる。
換言すると、脈動を測定するためには、受光部14の出力信号の振幅Tが、ノイズに埋もれない程度の大きさとなっていることが必要であり、このためには、透過率T(λ)が所定の閾値以上の大きさになることが必要である。
そこで、本発明人は、生体の測定対象部位(ここでは耳)の厚さdを入力パラメータとして、波長λの候補を変化させながら透過率T(λ)を順次求め、透過率T(λ)が閾値を超えた波長λの候補の中から、LED発光部13の光の波長λを設定する、という手法を発明した。
これにより、測定対象部位の違いによらず、生体の脈動を精度よく適切に測定することが可能になる。ここで、測定対象部位の違いとは、人間や実験用小動物等の生体の種類の違い(耳の厚さdや血流量の違い)のみならず、同一生体の中での部位の違い(耳と、それ以外の部位、例えば指等との違い)も含まれる。
The present inventor further invented the following technique and applied the technique to the pulsation measuring apparatus of FIG.
First, the relationship between the absorption coefficient and transmittance of an object will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the relationship between the absorption coefficient and transmittance of an object.
As shown in FIG. 7, it is assumed that incident light having an intensity I 0 (λ) is transmitted through an object having a thickness d and output as transmitted light having an intensity I (λ).
In this case, the Lambert-Beer law as shown in Equation (1) or Equation (2) is known as the relationship between the absorption coefficient α (λ) of the object and the transmittance T (λ) for light of wavelength λ. It has been.
From the relationship (graph) between the wavelength λ and the absorption coefficient α (λ) shown in FIG. 6 described above, the value of the absorption coefficient α (λ) with respect to a certain wavelength λ can be found. If the thickness d is known, the transmittance T (λ) can be obtained.
In other words, in order to measure the pulsation, it is necessary that the amplitude T of the output signal of the
Therefore, the present inventor sequentially obtains the transmittance T (λ) while changing the candidate of the wavelength λ using the thickness d of the measurement target part (here, the ear) of the living body as an input parameter, and the transmittance T (λ) Has invented a method of setting the wavelength λ of the light emitted from the LED
Thereby, it becomes possible to measure the pulsation of the living body accurately and appropriately regardless of the difference in the measurement target region. Here, the difference in the region to be measured is not only the difference in the type of living body such as a human being or a small experimental animal (the difference in ear thickness d or blood flow), but also the difference in the portion in the same living body (ear). And other parts such as a finger).
このような本発明人により発明された手法が、図1の脈動測定装置に適用されており、その結果として、図1に示すように、コンピュータ31には、厚み取得部18と波長設定部19とが設けられている。また、切替部12の切り替えを制御するためのLED選択部20が設けられている。
Such a technique invented by the present inventor is applied to the pulsation measuring apparatus of FIG. 1, and as a result, as shown in FIG. 1, the
厚み取得部18は、図1に図示せぬキーボードやマウス等を操作するユーザにより入力された、生体の測定対象部位(ここでは耳)の厚さdを取得して、波長設定部19に供給する。
The
波長設定部19は、上述の本発明人により発明された手法に従って、LED発光部13の光の波長λを設定する。
即ち、コンピュータ31の図示せぬメモリには、図6に示す波長λと吸収係数α(λ)の関係(グラフ)を特定可能なデータが記憶されている。
そこで、波長設定部19は、当該データに基づいて、波長λの候補を変化させながら吸収係数α(λ)を順次求める。そして、波長設定部19は、入力された厚さdと、順次求めた吸収係数α(λ)のそれぞれとを式(1)又は式(2)に代入して順次演算することで、透過率T(λ)を順次求める。波長設定部19は、このようにして順次求めた複数の透過率T(λ)のうち、透過率T(λ)が閾値を超えた際の波長λの候補の中から、LED発光部13の光の波長λを設定する。
The
That is, data that can specify the relationship (graph) between the wavelength λ and the absorption coefficient α (λ) shown in FIG. 6 is stored in a memory (not shown) of the
Therefore, the
LED選択部20は、出力先として、LED発光部13−1乃至13−Nのうち、波長設定部19により設定された波長を帯域として有するLED発光部13−Kを選択する。
The
なお、図7を参照して上述した式(1)や式(2)は、物体の表面及び内部で光の散乱がない場合の理想的な関係式であり、実際には図8に示すように散乱が生じる。
図8は、散乱を考慮した場合における、物体の吸収係数と透過率との関係を説明するための模式図である。
図8(A)は、図7でも説明した、散乱が無いとした場合の理想的な、物体内の光の透過の様子を示している。
図8(B)は、散乱がある場合の、物体内の光の透過の様子を示している。
図8(C)は、反射光を計測した場合の、物体内の光の透過の様子を示している。
散乱がある場合、波長λの光についての物体の吸収係数α(λ)と透過率T(λ)との関係としては、上述の式(2)の代わりに、次の式(3)が用いられる。
式(3)から明らかなように、散乱がある場合には、厚さdは用いられず、平均の光路長l(λ)が用いられる。
しかしながら、平均の光路長l(λ)は、測定自体が困難であり、さらに、波長λに応じて変化する。特に、散乱は、波長λが500m以下の短波長の光で生じやすい。従って、緑、青、紫色といった短波長の光は、散乱の影響も顕著で透過しづらくなる。そこで、波長設定部19は、短波長を波長λの候補とする際には、演算時に特別な補正をすると好適である。
It should be noted that the equations (1) and (2) described above with reference to FIG. 7 are ideal relational equations when there is no light scattering on the surface and inside of the object, and as shown in FIG. Scattering occurs.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the relationship between the absorption coefficient and transmittance of an object when scattering is considered.
FIG. 8A shows the ideal state of light transmission in the object when there is no scattering, as described in FIG.
FIG. 8B shows a state of light transmission in the object when there is scattering.
FIG. 8C shows a state of light transmission in the object when the reflected light is measured.
When there is scattering, the following equation (3) is used instead of the above equation (2) as the relationship between the absorption coefficient α (λ) of the object and the transmittance T (λ) for light of wavelength λ. It is done.
As apparent from the equation (3), when there is scattering, the thickness d is not used, and the average optical path length l (λ) is used.
However, the average optical path length l (λ) is difficult to measure and further changes according to the wavelength λ. In particular, scattering is likely to occur with short-wavelength light having a wavelength λ of 500 m or less. Accordingly, light of short wavelengths such as green, blue, and purple is not easily transmitted due to the influence of scattering. Therefore, when the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The deformation | transformation in the range which can achieve the objective of this invention, improvement, etc. are included in this invention.
換言すると、本発明が適用される脈動測定装置は、次のような構成を有していれば足り、上述の実施形態を含め、各種各様の実施形態を取ることができる。
即ち、本発明が適用される、生体の脈動を測定する脈動測定装置は、
所定の波長の光を発する発光部と、
前記発光部から発せられ、生体の測定対象部位を透過した光を受光して、当該光の強度に応じた電気信号を出力する出力部と、
前記出力部から出力された電気信号の時間推移に基づいて、前記測定対象部位における脈動のデータを取得する取得部と、
を備え、
前記発光部の波長は、前記測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて設定されている。
このように、従来は考慮されていなかった発光部の波長が、測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて設定される。その結果、運動中の生体の脈動、特に運動中の図3のモルモット51等の実験用小動物の脈動が測定可能になる。
In other words, the pulsation measuring device to which the present invention is applied only needs to have the following configuration, and can take various embodiments including the above-described embodiment.
That is, the pulsation measuring device for measuring the pulsation of a living body to which the present invention is applied,
A light emitting unit that emits light of a predetermined wavelength;
An output unit configured to receive light emitted from the light emitting unit and transmitted through a measurement target site of a living body, and to output an electrical signal corresponding to the intensity of the light;
Based on the time transition of the electrical signal output from the output unit, an acquisition unit that acquires pulsation data in the measurement target site;
With
The wavelength of the light emitting unit is set based on the thickness and absorption coefficient of the measurement target part.
Thus, the wavelength of the light emitting unit, which has not been considered in the past, is set based on the thickness of the measurement target region and the absorption coefficient. As a result, it is possible to measure the pulsation of a living organism during exercise, particularly the pulsation of a small experimental animal such as the
ここで、上述の実施形態では、発光部として、LED発光部13が採用されたが、特にこれに限定されず、「測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて設定」することが可能な波長で、光を発することが可能な発光部であれば足りる。
Here, in the above-described embodiment, the LED
特に、
前記測定対象部位は、実験用小動物の耳であり、
前記発光部の波長は、黄色光の帯域で設定されている、
ようにすることができる。
これにより、運動中の図3のモルモット51等の実験用小動物の脈動を精度良く適切に測定することが可能になる。
In particular,
The measurement target site is an ear of a small experimental animal,
The wavelength of the light emitting unit is set in a yellow light band,
Can be.
This makes it possible to accurately and appropriately measure the pulsation of a small experimental animal such as the
さらに、本発明が適用される脈動測定装置は、
前記測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて、前記発光部の波長を可変設定する波長設定部、
をさらに備えるようにしてもよい。
これにより、測定対象部位の違いによらず、脈動を精度よく適切に測定することが可能になる。ここで、測定対象部位の違いとは、人間や実験用小動物等の生体の種類の違い(耳の厚さと血流量の違い)のみならず、同一生体の中での部位の違い(耳と、それ以外の部位、例えば指等との違い)も含まれる。
Furthermore, the pulsation measuring device to which the present invention is applied is
A wavelength setting unit that variably sets the wavelength of the light emitting unit based on the thickness and absorption coefficient of the measurement target part,
May be further provided.
Thereby, it becomes possible to measure pulsation accurately and appropriately regardless of the difference in the measurement target region. Here, the difference in the region to be measured is not only the difference in the type of living body such as a human or a small experimental animal (the difference in ear thickness and blood flow), but also the difference in the region in the same living body (ear and Other parts such as a difference from a finger or the like) are also included.
ここで、上述の実施形態では、波長の可変設定を可能とすべく、発光部として、相互に相異なる単一色光をそれぞれ発するN個のLED発光部13−1乃至13−Nが採用されたが、特にこれに限定されず、「波長の可変設定」をすることが可能な発光部であれば足りる。従って、発光部の種類として、LEDに特に限定されず任意の種類を採用することもできるし、発光部の個数として、波長の可変設定が可能であれば1個も含め任意の個数を採用することもできる。 Here, in the above-described embodiment, the N LED light emitting units 13-1 to 13-N that emit single color lights different from each other are employed as the light emitting units in order to enable variable setting of the wavelength. However, the present invention is not particularly limited to this, and a light emitting unit capable of “variable setting of wavelength” is sufficient. Accordingly, the type of the light emitting unit is not particularly limited to the LED, and any type can be adopted, and the number of the light emitting units can be any number including one if the wavelength can be variably set. You can also.
また、上述の実施形態では、本発明が適用される脈動測定装置のうち、データ取得部16乃至波長設定部19については、コンピュータ31に設けられる例について説明したが、特にこれに限定されない。
例えば、データ取得部16乃至波長設定部19は、上述の各機能を有する電子機器一般に設けられることができる。具体的には、例えば、データ取得部16乃至波長設定部19は、ノート型のパーソナルコンピュータ、プリンタ、テレビジョン受像機、ビデオカメラ、携帯型ナビゲーション装置、スマートフォン、携帯電話機、ポータブルゲーム機等に設けられ得る。
In the above-described embodiment, the
For example, the
そして、この場合、データ取得部16乃至波長設定部19の各機能を発揮するために必要な各処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。
換言すると、図1のデータ取得部16乃至波長設定部19の機能的構成は例示に過ぎず、特に限定されない。即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能が、脈動測定装置内に備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのような機能ブロックを用いるのかは特に図1の例に限定されない。
また、1つの機能ブロックは、ハードウェア単体で構成してもよいし、ソフトウェア単体で構成してもよいし、それらの組み合わせで構成してもよい。
In this case, each process necessary for exhibiting each function of the
In other words, the functional configurations of the
In addition, one functional block may be constituted by hardware alone, software alone, or a combination thereof.
一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。
コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば上述のコンピュータ31であってもよい。
When a series of processing is executed by software, a program constituting the software is installed on a computer or the like from a network or a recording medium.
The computer may be a computer incorporated in dedicated hardware. The computer may be a computer that can execute various functions by installing various programs, for example, the
このようなプログラムを含む記録媒体は、ユーザにプログラムを提供するために装置本体とは別に配布される図示せぬリムーバブルメディアにより構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体等で構成される。
リムーバブルメディアは、例えば、磁気ディスク(フロッピディスクを含む)、光ディスク、又は光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、CD−ROM(Compact Disk−Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)等により構成される。光磁気ディスクは、MD(Mini−Disk)等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体は、例えば、プログラムが記録されている図示せぬROMや、図示せぬハードディスク等で構成される。
The recording medium including such a program is not only constituted by a removable medium (not shown) distributed separately from the apparatus main body in order to provide the user with the program, but is also provided to the user in a state of being pre-installed in the apparatus main body. It is composed of a provided recording medium or the like.
The removable medium is composed of, for example, a magnetic disk (including a floppy disk), an optical disk, a magneto-optical disk, or the like. The optical disk is composed of, for example, a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory), a DVD (Digital Versatile Disk), or the like. The magneto-optical disk is configured by an MD (Mini-Disk) or the like. In addition, the recording medium provided to the user in a state of being preinstalled in the apparatus main body includes, for example, a ROM (not shown) in which a program is recorded, a hard disk (not shown), and the like.
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的或いは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本明細書において、システムの用語は、複数の装置や複数の手段等より構成される全体的な装置を意味するものとする。
In the present specification, the step of describing the program recorded on the recording medium is not limited to the processing performed in time series along the order, but is not necessarily performed in time series, either in parallel or individually. The process to be executed is also included.
Further, in the present specification, the term “system” means an overall apparatus configured by a plurality of devices, a plurality of means, and the like.
11・・・LED駆動電源、
12・・・切替部、
13・・・LED発光部
14・・・受光部
15・・・アンプ
16・・・データ取得部、
17・・・データ表示部、
18・・・厚み取得部、
19・・・波長設定部
51・・・モルモット
11 ... LED drive power supply,
12 ... switching part,
DESCRIPTION OF
17: Data display section,
18 ... thickness acquisition part,
19: Wavelength setting unit 51: Guinea pig
Claims (5)
所定の波長の光を発する発光部と、
前記発光部から発せられ、生体の測定対象部位を透過した光を受光して、当該光の強度に応じた電気信号を出力する出力部と、
前記出力部から出力された電気信号の時間推移に基づいて、前記測定対象部位における脈動のデータを取得する取得部と、
を備え、
前記発光部の波長は、前記測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて設定されている、
脈動測定装置。 A pulsation measuring device for measuring a pulsation of a living body,
A light emitting unit that emits light of a predetermined wavelength;
An output unit configured to receive light emitted from the light emitting unit and transmitted through a measurement target site of a living body, and to output an electrical signal corresponding to the intensity of the light;
Based on the time transition of the electrical signal output from the output unit, an acquisition unit that acquires pulsation data in the measurement target site;
With
The wavelength of the light emitting part is set based on the thickness and absorption coefficient of the measurement target site,
Pulsation measuring device.
前記発光部の波長は、黄色光の帯域で設定されている、
請求項1に記載の脈動測定装置。 The measurement target site is an ear of a small experimental animal,
The wavelength of the light emitting unit is set in a yellow light band,
The pulsation measuring device according to claim 1.
をさらに備える請求項1又は2に記載の脈動測定装置。 A wavelength setting unit that variably sets the wavelength of the light emitting unit based on the thickness and absorption coefficient of the measurement target part,
The pulsation measuring device according to claim 1, further comprising:
所定の波長の光を発する発光ステップと、
前記発光ステップの処理において発せられ、生体の測定対象部位を透過した光を受光して、当該光の強度に応じた電気信号を出力する出力ステップと、
前記出力ステップの処理で出力された電気信号の時間推移に基づいて、前記測定対象部位における脈動のデータを取得する取得ステップと、
を含み、
前記発光ステップの処理で発せられる光の波長は、前記測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて設定されている、
脈動測定方法。 A pulsation measuring method until the pulsation measuring device measures pulsation of a living body,
A light emitting step for emitting light of a predetermined wavelength;
An output step for receiving light emitted in the process of the light emission step and transmitted through the measurement target site of the living body, and outputting an electrical signal corresponding to the intensity of the light;
Based on the time transition of the electrical signal output in the processing of the output step, an acquisition step of acquiring pulsation data in the measurement target part;
Including
The wavelength of the light emitted in the processing of the light emission step is set based on the thickness and absorption coefficient of the measurement target part,
Pulsation measurement method.
所定の波長の光を発する発光部と、
前記発光部から発せられ、生体の測定対象部位を透過した光を受光して、当該光の強度に応じた電気信号を出力する出力部と、
を備えるセンサを用いて、生体の脈動を測定する制御を実行するコンピュータを、
前記出力部から出力された電気信号の時間推移に基づいて、前記測定対象部位における脈動のデータを取得する取得手段
として機能させるプログラムであって、
前記発光部の波長は、前記測定対象部位の厚み及び吸収係数に基づいて設定されている、
プログラム。 In order to measure the pulsation of the living body
A light emitting unit that emits light of a predetermined wavelength;
An output unit configured to receive light emitted from the light emitting unit and transmitted through a measurement target site of a living body, and to output an electrical signal corresponding to the intensity of the light;
A computer that executes control for measuring pulsation of a living body using a sensor comprising:
Based on the time transition of the electrical signal output from the output unit, a program that functions as an acquisition unit that acquires pulsation data in the measurement target region,
The wavelength of the light emitting part is set based on the thickness and absorption coefficient of the measurement target site,
program.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013126786A JP6238278B2 (en) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | Pulsation measurement device, pulsation measurement method, and program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013126786A JP6238278B2 (en) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | Pulsation measurement device, pulsation measurement method, and program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015000045A true JP2015000045A (en) | 2015-01-05 |
JP6238278B2 JP6238278B2 (en) | 2017-11-29 |
Family
ID=52294974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013126786A Active JP6238278B2 (en) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | Pulsation measurement device, pulsation measurement method, and program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6238278B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11399728B2 (en) | 2018-03-27 | 2022-08-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Biological information measurement apparatus, biological information measurement method, biological information measurement system and computer-readable medium |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011056273A (en) * | 2010-10-25 | 2011-03-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Biological information management device, biological information management system, biological information management program, and recording medium recording the program |
JP2011218032A (en) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Yoriaki Yamai | Portable pulse management device |
JP2012019929A (en) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Rohm Co Ltd | Plethysmogram sensor |
JP2012152493A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-16 | Seiko Epson Corp | Pulse wave signal measuring device and program |
-
2013
- 2013-06-17 JP JP2013126786A patent/JP6238278B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011218032A (en) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Yoriaki Yamai | Portable pulse management device |
JP2012019929A (en) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Rohm Co Ltd | Plethysmogram sensor |
JP2011056273A (en) * | 2010-10-25 | 2011-03-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Biological information management device, biological information management system, biological information management program, and recording medium recording the program |
JP2012152493A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-16 | Seiko Epson Corp | Pulse wave signal measuring device and program |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11399728B2 (en) | 2018-03-27 | 2022-08-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Biological information measurement apparatus, biological information measurement method, biological information measurement system and computer-readable medium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6238278B2 (en) | 2017-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6501760B2 (en) | Portable pulse measuring device | |
CN104968259B (en) | System and method for the vital sign information for determining object | |
US11009390B2 (en) | Methods and systems for modulation and demodulation of optical signals | |
JP6467417B2 (en) | System and method for extracting physiological information from remotely detected electromagnetic radiation | |
US20180353134A1 (en) | Methods and apparatus for detecting motion via optomechanics | |
JP6252828B2 (en) | Pulse data detection device, pulse data detection method, and pulse data detection program | |
EP3479754A1 (en) | Device, system and method for determining at least one vital sign of a subject | |
CN105451646A (en) | Device, system and method for extracting physiological information | |
US11771375B2 (en) | Respiration rate detection device and breath detection device adopting motion denoising | |
JP2016514992A (en) | Device and method for determining blood oxygen saturation of a subject | |
WO2012099536A1 (en) | A photoplethysmographic device and methods therefore | |
WO2012078259A1 (en) | System and method for measurement of vital signs of a human | |
JP2017144225A (en) | Biological information detection device | |
EP3232919A1 (en) | Optical vital signs sensor | |
EP3122243A1 (en) | Optical heart rate sensor | |
JP7065845B6 (en) | Devices, systems, methods, and computer programs for obtaining vital signs of subjects | |
JP2014042579A (en) | Analyte information detection unit | |
JP6407979B2 (en) | Pulse wave sensor and pulse wave measurement module | |
JP6238278B2 (en) | Pulsation measurement device, pulsation measurement method, and program | |
EP3773154B1 (en) | Device, system and method for extracting physiological information indicative of at least one vital sign of a subject | |
WO2016108056A1 (en) | A ppg-based physiological sensing system with a spatio-temporal sampling approach towards identifying and removing motion artifacts from optical signals | |
KR101786014B1 (en) | SPO2 measurement system based on wrist-type photoplethysmography and method thereof | |
US20150366513A1 (en) | Pulse wave sensor | |
TW201511735A (en) | A PPG-based physiological sensing system with a spatio-temporal sampling approach towards identifying and removing motion artifacts from optical signals | |
KR20170064906A (en) | Apparatus and method for measuring bio-signal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160526 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170223 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170307 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170427 |
|
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: 20171003 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171025 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6238278 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |