JP2016036412A - 生体情報計測装置、生体情報計測方法及び生体情報計測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザによる最適なセンサ位置探しの必要無しに、生体情報を取得可能にする生体情報計測装置を提供する。【解決手段】生体情報計測装置は、生体情報を取得する生体情報取得部１０２と、生体情報を記憶する記憶部１０４と、生体を刺激する生体刺激部１０３と、これらを制御する制御部１０１とからなる。【選択図】図１

Description

本発明は、脈波等の生体情報を計測する装置に関するものである。

生体情報計測装置として、脈拍や脈波を測定する装置が存在しているが、体に装着して常時計測するタイプとして、腕時計型のものも出始めている。

例えば、特許文献１には、手首に装着して利用者の脈拍を高精度で正確に検出することができる脈拍異常検出装置が開示されている。この脈拍異常検出装置においては、血流量の変化が検出しやすい箇所で測定するために、手首や腕に装着されるバンド形状の機器とし、バンド部にセンサを設け、脈拍を測定する際に、測定に最適なセンサ位置（大きな動脈に接する位置や撓骨動脈や尺骨動脈等の単動脈に対応する位置）でデータの取得が行えるように、センサ部をバンド上で可動可能にし、ユーザが適切な測定位置にセンサを移動できるようにしている。

特開２００９−２７３７５１号公報

しかしながら、従来は、脈拍を検出する際に、現状の一般的なセンサで利用できるレベルの感度を得ることが難しいという課題があった。また、上記特許文献１はユーザ操作によって適切な位置を探す（適切な位置にセンサを移動させる）という行為が必要になり、この行為はユーザにとって大きな負荷であった。また、せっかく適切な位置にセンサを移動しても、その後の活動でセンサ位置は動いてしまい、継続的な測定には不向きといった問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みて行われたものであり、その目的は、ユーザが最適なセンサ位置を探さなくても、正確な測定ができるだけのレベルの感度を得るためのものである。

本発明では、血流量の変化が検出しやすい個所に着目するのではなく、測定対象をより容易に測定しやすい状況とする為に、血流量の増加を促すことで、ユーザによる位置操作を必要としない測定装置を提供する。

本発明は、使用者の測定部位の血流量を増加させ、センサによる測定を容易にするもので、測定部位を刺激することによる血流増加手段を持つ。

測定部位の刺激による血流増加手段の具体例としては、ヒータ（計測装置に電熱線（ヒータ）を備え、ヒータを加熱することで接している生体温度を上昇させ、血流を増加させる。または、装置の構成として、温度が上昇するＣＰＵ部を計測装置の生体接着面側に配置することで、装置発熱を生体温度上昇に利用することも考えられる。）、微弱電流発生手段（測定部位に微弱な電流を流しその刺激により筋肉をマッサージし血流を増加させる。）、バイブレータ（装置にバイブレータを備え、その振動により測定部位表面を刺激することで血流を増加させる。）等が挙げられる。

これらの作用により、測定部位の血流が増し、同じ部位、センサのままで、血流の変化を顕著に測定することができるようになる。

本発明の生体情報計測装置は、生体情報を取得する生体情報取得部と、前記生体情報取得部で取得した生体情報を記憶する記憶部と、前記生体情報取得部で取得した生体情報を解析する生体情報解析部と、前記生体情報取得部で生体情報を取得する対象となる生体を刺激する生体刺激部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の生体情報計測装置は、前記生体刺激部が、生体に熱、電流又は振動を与えることで生体を刺激することを特徴とする。

また、本発明の生体情報計測装置は、前記生体刺激部が生体を刺激する時間を計測する時間計測部を備えることを特徴とする。

また、本発明の生体情報計測方法は、生体情報を取得する生体情報取得ステップと、 前記生体情報取得ステップで取得した生体情報を記憶する記憶ステップと、前記生体情報取得ステップで取得した生体情報を解析する生体情報解析ステップと、生体を刺激する生体刺激ステップとを備えることを特徴とする。

また、本発明の生体情報計測プログラムは、コンピュータを生体情報を取得する生体情報取得手段、前記生体情報取得手段で取得した生体情報を記憶する記憶手段、前記生体情報取得手段で取得した生体情報を解析する生体情報解析手段、生体を刺激する生体刺激手段、として機能させることを特徴とする。

本発明の生体情報計測装置は、ユーザが最適なセンサ位置を探さなくても、正確な測定ができるだけのレベルの感度を得ることができるという利点がある。

本発明の概略構成を説明するためのブロック図。 本発明の光センシング原理を説明する図。 本発明で手首部分に脈波センサをセットする形態の概観図。 本発明で薬指の根元に脈波センサをセットする形態の概観図。 本発明で人差指の先端に脈波センサをセットする形態の概観図。 本発明で生体情報を取得する処理のフローチャート。 本発明の実施例１の外観図。 本発明の実施例２の外観図。 本発明の実施例３の外観図。 本発明の実施例４の外観図。 本発明の実施例５の外観図。 本発明で生体情報を取得する処理の他のフローチャート。

図１は、本発明の実施の形態に係る生体情報計測装置の概略構成を説明するためのブロック図である。

制御部１０１は、ＣＰＵ等で構成され、本装置を制御する。

生体情報取得部１０２は、ＬＥＤ等の発光素子とフォトダイオード等の光検出器で構成され、本装置を装着した使用者の生体信号を取得する。これは、図２に示すように、人体に特定の波長の光を（ＬＥＤ等を用いて）照射し、生体内で反射された光の強度を（フォトダイオード等で）取得する。血液が多く流れる瞬間は光が多く吸収されるため、生体内で反射された光の強度は弱まり、取得した光の強度は脈波と同じ周期で変化することになる。ただし、血液による吸光率の差で測定することになるため、血流量の少ない箇所では光の強度の差が微弱になり、測定が困難となる。

生体刺激部１０３は、ＥＭＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍｕｓｃｌｅ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）やヒータ等で構成され、生体に刺激を与える。この詳細は後述の各実施例の項目で記載する。

記憶部１０４は、メモリ等で構成され、生体情報取得部１０２が取得したデータを記憶する。

生体情報解析部１０５は、生体情報取得部１０２で測定した信号を解析し、特定のパラメータ（脈拍、ストレス、血管年齢等）を抽出する。

なお、図１には記載していないが、出力部、操作部、環境情報取得部、時間計測部等があっても良い。これらが存在する場合、図１の制御部１０１に接続される構成になる。

出力部は、数値や画像等を表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ: Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬ（ＯＥＬ: Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ-Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ: Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ-ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）等で構成された表示部で構成することが多い。しかし、これに限る必要はなく、ＬＥＤランプや、スピーカー（音声による通知）等、ユーザに通知することができる手段であれば何でも良い。

操作部は、ボタンやタッチパネル等で構成され、ユーザからの操作を受け取る。ボタン等のスイッチである場合や、表示部と一体化したタッチパネルの場合が多いと考えられるが、操作ができれば何でも良いので、例えば、加速度等のセンサを用い、振ることで操作するというような構成（この場合の操作部は加速度センサになる）も考えられる。

環境情報取得部は、温度センサ、気圧センサ、加速度センサ等で構成され、本装置を装着した使用者（装着者）の周辺環境を取得する。生体情報は装着者のいる環境（温度や、高地（気圧）等）に大きく影響を受けるし、また装着者の動き（静止中なのか、運動中なのか等）にも大きく影響を受けるため、影響度を判断するために備えるものである。

時間計測部は、生体刺激部が生体に刺激を与える時間を計測するために備えるものである。

これら出力部、操作部、環境情報取得部、時間計測部は、本発明において必須とするものではないが、これらが追加された実施例も想定できる。

図３、図４、図５はそれぞれ本発明の実施形態を示す図である。

図３は手首に装着するデバイスであり、デバイスの身体に触れる側に脈波センサを備えている。この実施形態は、装置を装着していてもあまり邪魔にならないという長所があるが、腕は皮膚が比較的厚く毛細血管の量も少ないため、本発明の仕組みでの生体情報の取得はしづらいという短所がある。

図４は、手首に装着するデバイスと、指の根元に装着するセンサ部が分離しており、これらが有線又は無線で接続しているものである。この実施形態は装置が二つに分離しているので装着が煩雑であるという短所があるが、装着される部位は指の根元と手首なので、装着していてもあまり邪魔にならず、また、指は腕よりも皮膚が薄く、毛細血管の量も多いため、生体情報の取得も図３の形態よりもし易いという長所がある。

図５は、図４と同様、手首のデバイスとセンサ部が分離しているものであり、センサ部は指の先端部に装着する形状になっているものである。この実施形態も装置が二つに分離しているので装着が煩雑であるという短所があり、また、指の先端部にセンサ部が装着されるので、装着中はかなり邪魔になってしまうという短所もある。しかし、指の先端部は指の根元よりもさらに毛細血管が集まっており、皮膚も薄いので、生体情報の取得がさらにし易くなるという長所がある。

図３〜図５の形状でなくとも、センサ部によって生体信号を取得するものであれば、本発明を実現することができ、これらの形状に限定するものではない。

また、手首ではなく同様の形態で足首、首といった別の部位に装着することも容易に考えられる。

さらに、耳栓の形態にして、耳にセンサ部を装着することも考えられる。耳は、手、足、首等に比較して動きが少ないため、生体情報の取得をより精度高く行うことができる。

以下の説明では、簡便化のため、手首に装着する図３の形態で説明を記載するが、センサ部の位置が異なるだけなので、同様の説明は図４や図５の形態の場合や、足首や首などに装着する場合においても適用可能である。

図３は、手首に装着する腕時計型のデバイスであり、デバイスの身体に触れる側（バンドの裏側）に生体信号（ここでは脈波）を取得するためのセンサ（ここでは脈波センサ）を備え、また、デバイス筐体の装置を生体に装着するためのバンドを備えている。

脈波センサは、図２で説明したように、光の強度の変動（光電脈波）を検知している。

図３のようなデバイス形状の場合、センサは手首の身体外側に接触した状態となる。この場合、センサは尺骨動脈等の大きな血管ではなく、身体組織の主に（血液の流量の少ない）毛細血管の変動をセンシングすることとなるため、感度の良いセンサを利用する等の対策を取った場合でも、利用できるレベルの信号が取得できないということが発生しうる。

本発明ではこの問題の対策として、生体を刺激し、血流を増加させる仕組みを持つことにより、利用できるレベルの信号の取得（生体情報の測定）を可能とした。

生体刺激部としては、色々なバリエーションがあるため、詳細は後述の各実施例で説明する。

図１の各ブロックがどのような動作をするかを図１２のシーケンス図に基づいて説明する。

Ｓ２０１で、本装置は制御部からの指令に基づき、生体情報取得部から生体情報の取得を行う。Ｓ２０２で生体情報取得時の信号強度が規定値以上かどうかをチェックし、もし規定値未満であれば、その時取得した生体情報は不正確な値として捨て、Ｓ２０４へ行き、制御部は血流量を増加させるために生体刺激部に生体を刺激するように指示を出す。その後、Ｓ２０１に戻って再度生体情報を取得する。Ｓ２０２で信号強度が規定値以上であれば、生体情報の正しい値が取得できたとして、その値を記憶部に格納する。次にＳ２０３に行き、このまま生体情報取得を続けるか否かを確認し、生体情報取得を継続するならＳ２０１に戻り、継続しないなら終了する。このような処理を行うことで、血流量が少ない間（信号強度が規定値未満の間）は生体を刺激することで、血流量を増加させることができる。

以上が本発明の基本原理を説明するシーケンスになるが、生体刺激を継続しても血流量が増加しない可能性もあるので、このような場合にも対処できるような処理方法として、図６のシーケンス図に基づいて説明する。

Ｓ１０１で、本装置は制御部の指令に基づき、生体情報取得部（センサ）から生体情報データの取得を開始する。この生体情報データ取得を開始する条件としては、操作部からのユーザ操作（「開始」ボタンが押された等）、定期的なタイマーによるもの（１時間ごとに開始する等）、環境情報取得部から取得した動き情報（運動していたユーザが静止した時等）等が挙げられるが、これに限定するものではない。

生体情報取得部で取得されたデータは記憶部に格納され、生体情報解析部により、信号の解析が行われる。本解析により、取得した生体信号が、今後の算出（本実施例では心拍を算出することとする）において十分な強度が得られているかを判断する。

生体情報解析部の処理として、ローパスフィルタやフーリエ変換、ウェーブレット変換の処理が行われることが想定されるが、適用するフィルタ、演算方法を限定するものではない。

まずＳ１０２で、生体刺激フラグを０に初期化する。これは現在生体刺激を行っていない（生体刺激部を作動させていない）ことを意味する。

次にＳ１０３において、生体情報を取得する。

そして、Ｓ１０４で、この取得した生体信号の強度が規定値以上であるかどうかを確認する。なおここで、「生体信号の強度が規定値以上」と記載したが、判断に利用するパラメータが信号強度ならば「規定値以上」（強い信号が取れている）となり、信号の減衰率であれば低い方が強い信号といえるため、「規定値以下」（減衰率が低い）となる。結局適切なデータ取得環境かどうかを判断出来ればよく、「信号強度が規定値以上」という判断に限定するものではない。

Ｓ１０４で生体信号の強度が規定値以上であれば、今のままデータ取得を継続して問題無い（信号強度は十分である）と判断してＳ１１１へ行き、生体刺激フラグが０（つまり生体刺激を行っていない）なら、Ｓ１１２へ行き、取得した生体情報を記憶部に格納し、生体情報解析部により心拍やストレス指標、血管年齢等の脈波から生成できるパラメータ算出を行う。十分な量のデータ取得をおこなった後の動作は信号強度に依存しないため、本シーケンス図では省略する。

Ｓ１１１で生体刺激フラグが０でなければ（つまり今まで生体刺激を行っていた）Ｓ１１３へ行き、生体刺激を終了し、生体刺激フラグを０にする。Ｓ１１２からもＳ１１３からも次は、Ｓ１１４へ行き、生体情報取得を終了するかどうかを確認する。終了の条件としては、操作部からのユーザ操作（「終了」ボタンが押された等）、一定時間の取得（１０分間等）、一定回数の取得（１００回分取得等）、環境情報取得部から取得した動き情報（静止していたユーザが運動し始めた時等）等が挙げられるが、これに限定するものではない。終了する場合はＳ１１５へ行って終了するが、生体情報取得を継続する場合はＳ１０３へ行き、生体情報の取得を継続する。

Ｓ１０４で信号強度が規定値未満と判断された場合は、Ｓ１０５へ行き、生体刺激フラグの値を確認する。

生体刺激フラグが０であれば（つまりまだ生体刺激を行っていない）Ｓ１１０へ行き、生体刺激部によって生体刺激を開始し、生体刺激フラグに１をセットし、生体刺激継続時間の測定を開始して、Ｓ１０３へ行く。生体刺激の方法についての詳細は後述する各実施例を参照して頂くが、例えば生体刺激部が電熱線の場合、生体刺激部は制御部の指示に従い電熱線をＯＮにし、部位を温める動作を実行する。

生体刺激フラグが１であれば（つまり、すでに生体刺激を行っている）Ｓ１０６で生体刺激を継続し、Ｓ１０７で生体刺激継続時間が規定値（例えば１０分間）未満かどうかを確認する。規定値未満であれば、生体刺激の効果を確認するため、再度生体情報を取得して信号強度を判定するためにＳ１０３へ行く。なお、生体刺激を行ってから、信号強度の判断を行うまでの時間は、生体刺激部の構成要素により変わるため、詳細は生体刺激部の各実施例のところに記載する（利用する生体刺激部によって時間が変わる）。

Ｓ１０７で生体刺激継続時間が規定値以上であれば、生体刺激の期間を十分に実施しても適切な信号強度にならないということで、生体刺激の効果が無い（別の要因で信号を取得できない）と判断し、Ｓ１０８へ行って、制御部は生体刺激部に停止の指示を行い、制御部からの停止の指示に従い生体刺激部は生体刺激動作（例えば電熱線の過熱）を停止する。そして、Ｓ１０９に行き、制御部は正常に生体信号が取得できなかったことを出力部に出力するよう指示し、出力部はディスプレイ、音声等の手段を用い、利用者に測定できなかったことを通知する。（出力部を備えない場合は通知しなくても良い。）
なお、上記では生体刺激フラグの説明を、「刺激をしていない状態＝０」、「刺激を行っている状態＝１」として記載したが、フラグの値をこの値に規定するものではなく、刺激の有無を示すフラグであれば、値や形式は問わない。

以上の動作により、本装置は対象となる生体が生体情報取得に適した状態かどうかを判断し、且つ取得に適していない場合は刺激手段により測定部位の血流を増加させ、測定に適した状態にすることで適切な測定を可能とする。

以降で、生体刺激部の各種を各実施例として説明する。

実施例１の外観図を図７に示す。本実施例は、生体刺激部が電熱線であり、筺体中に電熱線を備えている。図７では電熱線は身体に装着した際に、センサ部より身体中心側（心臓側）になる位置に電熱線を備えている。心臓側のほうが適切と考えられるが、特に心臓側に限定するものではなく、外側に備えても良い。

本実施例では、電熱線と皮膚接着面の間にサーモスタットを備え、その付近の温度を４０℃程度に保てるようにする仕組みも存在していることが望ましい。図６のシーケンス図において、生体刺激を行ってから、信号強度の判断を行うまでの時間の例としては、「サーモスタット部が４０℃を検出してから１０秒後」等が設定できる。

図８は実施例２の外観図である。本実施例は、生体刺激部が電極であり、筺体内に電極を備えている。

電極間に低周波の微弱電流を流すことで、端子周辺の筋肉を刺激する。 （一般的な低周波治療器と同様の仕組みである。）
図６のシーケンス図において、生体刺激を行ってから、信号強度の判断を行うまでの時間の例としては、「微弱電流を流してから１０秒後」等が設定できる。

図９は実施例３の外観図である。本実施例は、生体刺激部がバイブレータであり、筺体内にバイブレータを備えている。
スマートフォン等に使われている小型のバイブレータを生体表面近くに配置し、振動させることで、測定部位周辺を刺激する。

図６のシーケンス図において、生体刺激を行ってから、信号強度の判断を行うまでの時間の例としては、「バイブレータを振動させてから１０秒後」等が設定できる。

図１０は実施例４の外観図である。本実施例の生体刺激部は制御部等に用いられるＣＰＵ等であり、生体刺激部として独立のデバイスを装置に追加するのではない。
元々必要となる演算装置ＣＰＵや電池等のように、デバイスの中で発熱する機構を生体に接する側に備える設計とする。
このことにより、センシングの処理をすることにより、素子が発熱し、実施例１に類する効果が得られる。本実施例においては、図６のシーケンス図中の「生体刺激開始（Ｓ１１０）」「生体刺激を継続（Ｓ１０６）」「生体刺激を終了（Ｓ１１３）」は実質的には意味はなく、機器が動作中は基本的には生体刺激が継続している形になるが、信号強度が規定値以上の際の生体情報を記憶することができる点は、他の実施例と同様である。

図６のシーケンス図において、生体刺激を行ってから、信号強度の判断を行うまでの時間の例としては、「ＣＰＵ内部の温度センサが５０℃を検出してから１０秒後」等が設定できる。

図１１は実施例５の外観図である。本実施例の生体刺激部は装置裏面に設置された突起等である。この実施例の場合、図６シーケンス図のＳ１１０の生体刺激は、１０１制御部から指示されて、生体刺激部が動作するのではなく、１０１制御部の判断に基づき、表示部からユーザに指示（「１０秒ほど腕を振ってください」「１０秒間、本装置を上から押したり押すのをやめたりするのを繰り返してください」等のテキスト又は音声メッセージ）が出される。その指示を見た（聞いた）ユーザは、生体刺激部の突起が腕表面を刺激するよう、腕を振る、装置を上から押すと言った動作を行う。

なお、図７〜図１１に示した各実施例において、生体刺激部の位置は、生体心臓側に記載しているが、これに限定するものではない。また、筐体内に生体刺激部を記載しているが、筐体表面、あるいは筐体外に生体刺激部を備えても良い。

以上、生体刺激部の様々な実施例を記載した。どの実施例でも、当初、生体情報取得部で取得した信号強度が不十分の場合は、生体刺激部で刺激を加えることで、信号強度の改善を図ることが可能となる。

生体を刺激する各実施例によって、刺激を行う時間や、刺激の強度の最適値は異なるため、生体刺激部の各実施例に応じた刺激継続時間や刺激の強さを記憶部にて記憶しておく。また、生体刺激部の各実施例に応じた制御（強さ、時間等）パラメータは記憶部で記憶しておくだけでなく、外部から無線通信や有線で取得・追加してもよい。

生体に刺激を与えている間、生体情報取得部は生体の信号を取得し続けてもよいし、一旦取得を止め、生体に刺激を与えるのをやめた後のタイミングで再取得を行う方式であっても良い。

本実施例は手首に付けることを想定した図面で説明したが、同様の形状で足首に適用することも可能であるし、さらに円環状である必要もなく、他の部位に適用することも可能である。

本発明の各態様に係る生体情報計測装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記生体情報計測装置が備える各手段として動作させることにより上記生体情報計測装置をコンピュータにて実現させる生体情報計測プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１０１ 制御部
１０２ 生体情報取得部
１０３ 生体刺激部
１０４ 記憶部
１０５ 生体情報解析部

Claims (5)

1. 生体情報を取得する生体情報取得部と、
   前記生体情報取得部で取得した生体情報を記憶する記憶部と、
   前記生体情報取得部で生体情報を取得する対象となる生体を刺激する生体刺激部と
   を備えることを特徴とする生体情報計測装置。
2. 前記生体情報取得部で取得した生体情報の信号強度が規定値以上かどうかを判定する制御部を備えること特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
3. 前記生体刺激部が生体を刺激する時間を計測する時間計測部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報計測装置。
4. 生体情報を取得する生体情報取得ステップと、
   前記生体情報取得ステップで取得した生体情報を記憶する記憶ステップと、
   生体を刺激する生体刺激ステップと
   を備えることを特徴とする生体情報計測方法。
5. コンピュータを
   生体情報を取得する生体情報取得手段、
   前記生体情報取得手段で取得した生体情報を記憶する記憶手段、
   生体を刺激する生体刺激手段、
   として機能させるための生体情報計測プログラム。
   

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