JP2016036411A - 生体情報測定装置および生体情報測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生体情報検出部と圧力検出部を共通にして、小型化した生体情報測定装置を提供する。
【解決手段】人体の皮膚に接触する面に配置された発光素子３１とカメラセンサ３２から成る皮膚色兼生体情報検出部３で皮膚の色を検出する。検出した皮膚の色と、色情報記憶部４に記憶されている皮膚の色情報とを基に、皮膚色兼生体情報検出部３と皮膚との接触状態が生体情報の測定に適正か否かを、皮膚色判定部５２で判断する。カメラセンサ３２で受光した情報を基に生体情報を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、人体の脈拍などの生体情報を測定する生体情報測定装置に関する。

従来、脈拍などの生体情報を測定する生体情報測定装置として、腕に装着して脈拍を測定する腕時計型の脈拍測定装置がある。この腕時計型の脈拍測定装置は、特許文献１に記載されているように、腕に装着可能な大きさの装置本体と、この装置本体を人体に固定する為のバンドとを備えている。

特許文献１の装置本体には、装置本体の裏面側に設けられ、人体に接触した状態で生体情報を光学的に検出する生体情報検出部と、人体に装着したときに生体情報検出部と人体の皮膚との接触圧を検出する圧力検出部と、その接触圧の値や接触圧が適正か否かの判断結果を表示する表示部とを備えている。

上記の生体情報検出部は、赤外線を発光する発光素子と、その赤外線の反射光を受光する受光素子とを備えている。発光素子が照射する赤外線の一部が皮膚の内部の血管に照射され、この血管内を流れる血液中のヘモグロビンに吸収されるが、残りの光が反射され、この反射した赤外線を受光素子で受光するように構成されている。これにより、生体情報検出部（脈拍検出部）は、血管中の血液が脈を打って流れるときに、ヘモグロビンの流量が変化し、これに伴って赤外線の吸収率が変化することにより、受光素子による受光率が変化し、その変化を脈拍として検出するように構成されている。なお、このような生体情報検出方法は、反射式の光電式容量脈波の検出として、一般的に行われている技法である。

上記の構成を備えた生体情報測定装置では、検出した生体情報を表示部に表示する他に、人体に装着したときに生体情報検出部の接触圧を表示したり、接触圧が適正か否かを判断して判断結果を表示したりすることで、接触圧が適正な圧力であるか測定者が確認することができる。また、接触圧が適正であると判断されると、脈拍を測定する処理も開示されている。

特開２００８−５４８９０号公報

上述した技術では、正確に生体情報を測定するために、バンドによって人体（腕）に装置本体を装着したときの接触圧を圧力検出部で測定することにより、生体情報を取得するにあたって適切な圧力が加わっているのかを判断した上で生体情報を検出することができる。しかし、生体情報検出部とは別に圧力検出部を設けているので、小型化することが望ましい腕時計型測定装置で部品点数が多くなり、小型化を阻害してしまう。

上述した課題に鑑み、本発明は、生体情報を検出するに相応しい状態で生体情報を取得しつつ、部品点数を増やすことなく、適切な生体情報取得装置を提供することを目的とする。

上述した課題に鑑み、本発明の生体情報測定装置は、
発光素子と、受光素子とからなる光電センサーを備える生体情報測定装置において、
前記受光素子をカメラセンサで構成し、
前記カメラセンサで撮影した皮膚の色を基に、正確な生体情報の測定が出来た事を確認することを特徴とする。

本発明によれば、カメラセンサで撮影した皮膚の色を基に、生体情報を正確に測定可能な状態かどうかを判定し、測定可能と判断された時に該カメラセンサで生体情報を含んだ反射光を受光することにより生体情報を測定する。

これにより、部品点数を増やすことなく、正確に生体情報を検出できるので、生体情報測定装置の小型化を実現することができる。

本発明を適用した腕時計型の脈拍測定装置の断面図である。 図１の脈拍測定装置の回路構成を示したブロック図である。 第１実施形態に於ける脈拍測定処理の動作フローを示した図である。 図３、図５に於ける皮膚の色情報を予め取得しておく動作を示した図である。 第２実施形態に於ける脈拍測定処理の位置ずれ確認の動作を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、一例として、本発明における腕にバンドで装着する脈拍測定装置について説明する。

［１．第１実施形態］
［１．１ 全体構成］
図１は、脈拍測定装置１の全体の構成図である。本実施形態で測定する生体情報は、脈拍とする。

脈拍測定装置１は、時計型の脈拍測定装置本体と脈拍測定装置を人体に装着する為の時計バンド１０から成る。ユーザは時計バンド１０を腕に締めることにより、脈拍測定装置本体をユーザの腕に装着し、脈拍の測定を行うことができる。

脈拍測定装置本体は主に腕時計型ケース２と皮膚色兼生体情報検出部３で構成され、皮膚色兼生体情報検出部３は人体に接触するように配置されている。また、皮膚色兼生体情報検出部３は腕時計型ケース２内に配置されていてもよい。

［１．２ 機能構成］
続いて、脈拍測定装置１の機能構成について図２を用いて説明する。

皮膚色兼生体情報検出部３は、発光素子３１とカメラセンサ３２とを備える。

発光素子３１は、カメラセンサ３２が皮膚の色を撮影するときや、生体情報を検出するときに発光する。皮膚の色を撮影するときと生体情報を検出するときとで、発光する色範囲を異ならせても良い。たとえば、皮膚の色を撮影するときには白色で発光し、生体情報（本実施例では脈拍）を検出する場合には、赤色や緑色、あるいは赤外線等で発光する。これにより、皮膚の色を撮影するときにはより明瞭な色を撮影することや、生体情報を検出するときにはより良好な状態で生体情報を得ることができる。

カメラセンサ３２は、フォトダイオードやフォトトランジスタを複数並べて構成されたものであり、ユーザの皮膚の色を撮影する機能と、生体情報（脈拍）測定時に発光素子３１で発光した光のうちユーザの人体で反射した光を受光することで生体情報（脈拍）を測定する機能を備える。

色情報記憶部４は、予めユーザの皮膚の色情報を記憶しておく記憶部である。色情報記憶部４に記憶される皮膚の色情報は、生体情報測定部５１とユーザの測定部位とが触れていない近接状態での皮膚色、つまり接触する事による皮膚色の変化がない状態での皮膚色である。ここで、一般的に、皮膚を何かに押しつけた場合、押下される力が大きくなる程に皮膚の色は白っぽく変化する。この時、押下された部位では血流が圧迫された状態となる為、受光素子による生体情報の測定は正確に行えなくなる。

この色情報記憶部４に記憶された押下による色変化のない皮膚の色情報と、押下した際の皮膚の色情報との差から、生体情報を正確に測定できなくなる時の押下状態を算出する事ができる。なお、本実施例では、一例として皮膚の色情報は、色層、彩度、明度で表されるＨＳＶ（Ｈｕｅ、Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ・Ｃｈｒｏｍａ、Ｖａｌｕｅ・Ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ・Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）データとして記憶される。また、カメラセンサ３２で撮影されるデータが必ずしもＨＳＶデータでは無いが、その場合はＨＳＶデータに変換されて記憶される。

制御部５は生体情報測定部５１と皮膚色判定部５２を含む。

生体情報測定部５１は、発光素子３１で発光した生体情報（脈拍）測定用の光のうちカメラセンサ３２がユーザの人体で反射した光を受光して得た反射光を数値化したものを基に生体情報（脈拍）を算出する。

皮膚色判定部５２は、生体情報（脈拍）を測定する前に、カメラセンサ３２で撮影した皮膚の色と、色情報記憶部４に記憶されている色情報とを基に、生体情報（脈拍）を正確に測定できるかどうかを判定する機能を備える。

報知部６は、皮膚色判定部５２で判定した生体情報の測定状態を音声や表示でユーザに報知する部位である。また、報知する手段は音声出力部６１や表示部６２に限定されず、発光や振動などユーザが知覚できる手段であれば構わない。表示部６２には、カメラセンサ３２で撮影した測定部位の画像、生体情報（脈拍）、測定状態が適切かどうかの判定結果、などを表示することができる。

［１．３ 処理の流れ］
続いて、本実施形態における具体的な生体情報（脈拍）の測定制御について図３を用いて説明する。なお、処理の前提として、脈拍測定装置１は、ユーザの腕にバンド１０で装着されるものとする。

まず、カメラセンサ３２がユーザの皮膚を撮影する為に、発光素子３１は皮膚撮影用の光（たとえば白色）で発光する（Ｓ３０１）。カメラセンサ３２は、発光素子３１が皮膚を照射している間に皮膚を撮影する（Ｓ３０２）。

撮影された皮膚の色はＨＳＶデータに変換され、予め記憶されている皮膚の色情報（後段の図４で説明）を基にした色範囲と比較される（Ｓ３０３）。この色範囲は、脈拍を測定する為に適した測定状態にある場合の皮膚の色の範囲である。なお、皮膚が何かに（ここでは、皮膚色兼生体情報検出部３）押下されている状態では、皮膚の色は白っぽく変化する。この白っぽさが強くなる程、皮膚が強く押下されている状態となる。皮膚が強く押下された状態では、血管の血流が圧迫された状態となる為に脈拍を正確に測定する事は出来ない。皮膚の色の変化具合に応じて正確に脈拍を測定可能な状態であるかどうかを、特に彩度成分の変化量に着目して判定する。

撮影された皮膚の色が適切な色範囲の外である場合（Ｓ３０３のＮＯ）、報知部６（音声出力部６１や表示部６２）を用いて、その旨を報知する。これにより、ユーザはバンド１０を締め直したり、腕御時計型ケース２の位置をずらしたりすることができる。また、撮影された皮膚の色が適切な色範囲内である場合（Ｓ３０３のＹＥＳ）、脈拍を取得するステップ（Ｓ３０４）に移行する。具体的には、撮影された彩度成分と予め記憶されている彩度情報とを比較し、両者の差が閾値以上であれば、不適切なほど測定部位が押下されていると判断される（Ｓ３０３のＮＯ）。両者の差が閾値未満であれば、正確な脈拍測定が可能な状態と判断され（Ｓ３０３のＹＥＳ）、次に、発光素子３１が脈拍測定用の光を発光する（Ｓ３０４）。カメラセンサ３２はユーザの人体から反射された脈拍情報を含む光を検知する（Ｓ３０５）。

その後、脈拍を算出し、ユーザに報知する（Ｓ３０６）。

以上の構成と処理により、脈拍を正確に測定することができ、不適切な皮膚色のため正確な脈拍測定ができない時はユーザにその旨を報知することでユーザがなんらかの対策を取ることが可能となる。この構成では、新たに圧力検出手段を設けず、つまり部品点数を増やすことなく、適切に生体情報を検出できるので、生体情報測定装置の小型化に実現することができる。

ここで、皮膚色を判定する際（Ｓ３０３）に、撮影画像の焦点があっているかどうかを判定しても良い。受光素子となるカメラセンサの焦点は、皮膚と皮膚色兼生体情報検出部３の接触面で画像の焦点が合うように構成される。測定部位が接触面と接触している場合は画像の焦点が合うため、その皮膚色から押下状態を判定することによって正確な生体情報の測定が出来るが、例えば、接触面から離れた位置に測定部位があった場合は、皮膚色の変化は無いが、測定部位が離れているため、反射光が弱いなどの理由で生体情報を正確に取得出来ない可能性が考えられる。その場合は、画像の鮮明さを算出するなどして焦点状態を検査して接触面と測定部位との距離を推定して、生体情報を正確に検出できるかどうかを判断するようにしてもよい。

次に、本実施形態に於ける色判定の基準となる皮膚の色情報の取得と記憶について、図４を用いて説明する。

図３のＳ３０３の処理を行う際に用いる「予め記憶されている皮膚の色情報」を取得する為に、まずカメラセンサ３２をユーザの皮膚に近接させる（Ｓ４０１）。

次に、発光素子３１が皮膚撮影用（たとえば白色）に発光する（Ｓ４０２）。発光素子３１が発光している間にカメラセンサ３２が皮膚の色を撮影する（Ｓ４０３）。なお、このとき脈拍測定装置１の皮膚色兼生体情報検出部３は皮膚に触れていないので、検出される皮膚色は、皮膚の押下による皮膚色の変化がない。

Ｓ４０３で撮影された皮膚の色情報は、ＨＳＶデータに変換されて記憶部に記憶される（Ｓ４０４）。

以上の手順で記憶された皮膚の色情報を基に、生体情報を正確に測定できる皮膚の色の範囲を算出することで、部品点数を増やすことなく、適切な脈拍測定が可能となる。

［２．第２実施形態］
［２．１ 処理の流れ］
本実施形態における制御について図５に示す。本実施形態の機能構成は第１実施形態と同じである。

まず、カメラセンサ３２がユーザの皮膚を撮影する為に、発光素子３１は皮膚撮影用（たとえば白色）に発光する（Ｓ５０１）。カメラセンサ３２は、発光素子３１が皮膚を照射している間に皮膚を撮影する（Ｓ５０２）。このとき、測定部位の画像Ａは一旦メモリに保存される。

撮影された皮膚の色はＨＳＶデータに変換され、予め記憶されている皮膚の色情報を基にした色範囲と比較される（Ｓ５０３）。この色範囲は、脈拍を正確に測定する為の皮膚の色の範囲である。なお、皮膚が強く押下されている状態では、皮膚の色は白っぽくなる。この白っぽくなる色が、脈拍を測定するのに適した皮膚色であるか、特に彩度成分に着目して判断される。

撮影された皮膚の色が適切な色範囲の外である場合（Ｓ５０３のＮＯ）、報知部６（音声出力部６１や表示部６２）を用いて、脈拍測定装置１と皮膚とが押下され過ぎている旨を報知する（Ｓ５０５）。また、撮影された皮膚の色が適切な色範囲内である場合（Ｓ５０３のＹＥＳ）、脈拍を取得するステップに移行する。

撮影された皮膚の色が適切な色範囲内である場合、発光素子３１が脈拍測定用に発光し（Ｓ５０４）、カメラセンサ３２で人体からの反射光を検知する（Ｓ５０６）。この検知された反射光が脈拍の基礎となる。反射光の検知が終了したら、再度、発光素子３１が皮膚撮影用に発光して（Ｓ５０７）、カメラセンサ３２で測定部位の画像Ｂを撮影する（Ｓ５０８）。

次に、反射光の測定の前後に撮影した画像Ａと画像Ｂとの位置ずれを検出する（Ｓ５０９）。位置ずれが大きい場合（Ｓ５１０のＹＥＳ）は、Ｓ５０３で正確な脈拍の測定が可能な皮膚色の状態にあっても、測定部位の位置がずれてしまい、異なる位置での血流量を検出した事になるため正確な脈拍としては扱えないと判断する。よって、測定部位の位置ずれが大きく正確な測定が出来ていない旨をユーザに報知する（Ｓ５１２）。位置ずれが小さい場合（Ｓ５１０のＮＯ）は、Ｓ５０３で正確な脈拍の測定が可能な皮膚色の状態であり、かつ、測定部位の位置ずれもないため、より正確な脈拍が取得出来たと判断し、Ｓ５０６で検知された生体情報から脈拍を算出し、ユーザに報知する（Ｓ５１１）。

以上の手順により、皮膚の色の範囲を算出すると同時に、測定中に測定部位がずれていない事を検出する事によって、より精度の高い脈拍測定をすることが可能になる。

［３．変形例］
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。

なお、上述した実施形態の生体情報測定装置は、腕時計型の様に人体に装着する装置構成の他にも、例えば、据え置き型の装置とし上向きに皮膚色兼生体情報検出部３を配置する構成、或いは、スマートフォン、携帯電話を含む携帯端末装置の正面、或いは背面に皮膚色兼生体情報検出部３を配置する構成として、生体情報を測定する際には、指先を皮膚色兼生体情報検出部３にあてがう事で測定するような装置であっても適用可能である。また、装着する形態の場合でも、装着位置は足や首、胴体でも構わない。

また、実施形態において各装置で動作するプログラムは、上述した実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的に一時記憶装置（例えば、ＲＡＭ）に蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤの記憶装置に格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。

また、市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれるのは勿論である。

また、上述した皮膚の色情報は、装置で予め測定され記憶される事として説明しているが、必要に応じてダウンロードする構成としても良い。

１ 脈拍測定装置
２ 腕時計型ケース
３ 皮膚色兼生体情報検出部
３１ 発光素子
３２ カメラセンサ
４ 色情報記憶部
５ 制御部
５１ 生体情報測定部
５２ 皮膚色判定部
６ 報知部
６１ 音声出力部
６２ 表示部

Claims (5)

1. 装置本体の人体の皮膚に接触する面に配置された発光素子とカメラセンサから成る皮膚色兼生体情報検出部と、
   皮膚の色情報を記憶する色情報記憶部と、
   前記カメラセンサで検出した前記皮膚の色と、前記色情報記憶部に記憶されている皮膚の色情報とを基に、前記皮膚色兼生体情報検出部と前記皮膚との接触状態が生体情報の測定に適正か否かを判断する皮膚色判定部と、
   前記カメラセンサで受光した情報を基に生体情報を測定する生体情報測定部と、
   を備えることを特徴する生体情報測定装置。
2. 前記皮膚色判定部において、検出された皮膚色が適正な範囲の皮膚色である場合に、前記皮膚色兼生体情報検出部が生体情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
3. 前記発光素子は、前記カメラセンサが前記皮膚の色を撮影するときと、生体情報を検出するときで、異なる光を発光することを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
4. 測定部位の位置ずれがないかを前記カメラセンサから取得出来る画像から検出する事によって、より正確に生体情報を検出する事ができる請求項１に記載の生体情報測定装置。
5. 発光素子が発光した光の人体からの反射光をカメラセンサで受光することで生体情報を取得する生体情報測定方法において、
   前記カメラセンサで撮影された皮膚の色と予め記憶されている皮膚の色情報とを比較し、
   前記撮影された皮膚の色が適正な色であると判定された場合に、前記カメラセンサを用いて生体情報を取得する生体情報測定方法。
   

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