JP2016054840A - 生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】挿入部でありイヤホンが外耳道に挿入された状態で使用する生体情報測定装置において、体動等によってイヤホンの位置がずれ、生体情報測定装置の位置が変動して、センサを使用して測定した生体情報にノイズが含まれ、正確に生体情報を測定することを防止する生体情報測定装置を提供する。
【解決手段】生体センサ部１１１と挿入部１１２とを備え、生体センサ部１１１は、挿入部１１２が外耳道に挿入された状態で、耳甲介に対向する位置に配置されている生体情報測定装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、生体情報測定装置に関する。

従来、脈拍等のユーザの生体情報を測定する生体情報測定装置が知られている。生体情報の測定は、生体情報測定装置を使用して種々の方法により行われる。例えば、特許文献１及び特許文献２には、小型の脈波センサをイヤホンに搭載した脈拍測定装置が記載されており、ユーザは、イヤホンを耳に挿入することにより、脈波センサを用いて脈拍を測定できる。

米国特許出願公開２００８／２２０５３５号明細書 米国特許出願公開２０１２／２８３５７８号明細書

しかしながら、従来の脈拍測定装置では、体動等によってイヤホンの位置がずれる場合がある。生体情報測定装置の位置が変動すると、センサを使用して測定した生体情報にノイズが含まれ、正確に生体情報を測定することが困難になる。

かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、生体情報の測定精度を向上可能な生体情報測定装置を提供することにある。

本発明に係る生体情報測定装置は、生体センサと挿入部とを備え、前記生体センサ部は、前記挿入部が外耳道に挿入された状態で、耳甲介に対向する位置に配置される。

上記のように構成された本発明に係る生体情報測定装置によれば、生体情報の測定精度を向上可能である。

本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置の要部の機能ブロック図である。 （ａ）本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置における概略構成を示す図である。 （ｂ）本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置における断面概略形状を示す図である。 （ａ）耳の構造を示す概略図である。 （ｂ）図２に示す生体情報測定装置を耳に装着した状態を示す図である。 （ａ）従来の生体情報測定装置が取得した脈波データの一例を示す図である。 （ｂ）図１の生体センサが取得した脈波データの一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置と従来の装置とにおける、脈拍測定結果を比較する図である。 本発明の第２実施形態に係る生体情報測定装置における、断面概略形状を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置１００は、大略的に生体センサ１１１と挿入部１１２とを有するイヤーピース１１０を備え、イヤーピース１１０はユーザの耳に装着される。

図１は、本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置の要部の機能ブロック図である。本実施の形態に係る生体情報測定装置１００は、イヤーピース１１０と、制御部１２０と、記憶部１６０と、通信部１４０と、報知部１５０とを備える。生体情報測定装置１００は、ユーザが挿入部１１２を外耳道に挿入した状態において、イヤーピース１１０に備えられた生体センサ１１１を用いて、生体情報を測定する。

生体情報は、イヤーピース１１０が備える生体センサ１１１を使用して測定可能な任意の生体情報である。本実施の形態においては、生体情報測定装置１００は、一例として、ユーザの脈拍を測定するものとして、以下説明を行う。

図２（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るイヤーピース１１０における概略構成を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に図示したＡ−Ａ断面を、矢印方向に観察した概略断面を示す図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）において、イヤーピース１１０は、左方向に向かってユーザの外耳道に挿入される。イヤーピース１１０は、生体センサ１１１と、挿入部１１２と、パッド１１３と、筺体１１４とを備える。生体センサ１１１と、挿入部１１２と、パッド１１３は、筺体１１４に配設される。挿入部１１２がユーザの外耳道に挿入されると、生体センサ１１１はユーザの耳甲介に対向するように配設される。

生体センサ１１１は、脈波センサであり、ユーザ（生体）から、生体測定出力として脈波データを取得する。生体センサ１１１は、発光部１１１ａと受光部１１１ｂとを備える。本発明の生体センサ１１１は、例えば発光部１１１ａにＬＥＤ（発光ダイオード：Light emitting diode）等の発光素子を備える。本発明の生体センサ１１１は、例えば受光部１１１ｂにＰＴ（フォトトランジスタ：Phototransistor）又はＰＤ（フォトダイオード：Photodiode）等の受光素子を備える。生体センサ１１１は、発光素子からユーザの外耳道の被検部位に測定光を照射し、受光素子で被検部位からの反射光を受光することにより脈波データを測定する。このような光による測定の場合、生体センサ１１１は必ずしも被測定部に接触していなくてもよい。生体センサ１１１の発光部１１１ａと受光部１１１ｂとは、筺体内部に遮光用の壁を隔てて並列的に配置されている。遮光用の壁は、発光部１１１ａから放射された光が直接受光部１１１ｂに受光されないように配置されている。生体センサ１１１は、保護用の透光パネルが配置され、当該透光パネルにより、生体センサ１１１の内部が密閉されている。

生体センサ１１１は駆動部（図示せず）を備える。駆動部は制御部１２０で生成された測定信号に基づいて、発光素子及び受光素子を駆動させる。発光素子及び受光素子は、駆動部の駆動に基づいて発光及び受光する。駆動部は、例えば、制御部１２０によって駆動制御される。

脈拍を測定する場合、発光部１１１ａは、青（波長：４００〜４３０ｎｍ）、あるいは緑（波長：５００〜５５０ｎｍ）のＬＥＤ又はレーザを用いる。上記波長の青や緑の光は、ヘモグロビンに吸収されやすく、血流量が多いと光の吸収量が多くなり、受光部１１１ｂの出力が弱くなる。また、赤色（波長：６３０〜６５０ｎｍ）のＬＥＤやレーザを用いてもよい。この場合、ヘモグロビンが赤色の光を反射するため、血流量が多いと光の反射量が多くなり、受光部の出力が強くなる。受光部１１１ｂは、それぞれの波長に対応したＰＤが用いられる。

挿入部１１２は筺体部１１４の外耳道挿入側に配設される。挿入部１１２は外耳道に挿入したときに、外耳道に当接する。ユーザは、生体センサ１１１が耳甲介に対向するように挿入部１１２を外耳道に挿入する。挿入部１１２は、外耳道に挿入された際、外耳道の形状に合わせて変形かつ密着する。イヤーピース１１０は、挿入部１１２が外耳道に密着することにより、耳の所定の位置に保持される。挿入部１１２は、常温で弾性力を有する材質で形成され、例えば、ショア硬さ３０〜６０程度の樹脂で構成されてもよい。挿入部１１２は、例えば、シリコンゴム、軟質ポリウレタン樹脂等の材質で構成されてもよい。

パッド１１３は、筺体部１１４の外耳道挿入側と逆の端に係合される。パッド１１３は、ユーザの装着性を高めるために、シリコンゴム、軟質ポリウレタン樹脂等の常温で弾性力を有する材質で構成できる。パッド１１３は、耳珠の裏側及び対耳珠の裏側部分と当接し、上述の挿入部１１２と共に、イヤーピース１１０を耳の所定の位置に保持させる。一方、耳甲介と筺体１１４及び生体センサ１１１で囲まれた空間は、パッド１１３の外周部分により外部からの光が入りにくい状態となっている。パッド１１３の一部は、生体センサ１１１の周辺に配設されていてもよい。パッド１１３は、生体センサ１１１の表面より耳甲介側に盛り上がっていてもよい。例えば、図２（ｂ）に示す通り、パッド１１３は生体センサ１１１の表面より、耳甲介側に厚みｔｍｍ盛り上がっている。厚みｔｍｍは、例えば０．５〜３ｍｍ程度である。パッド１１３は、生体センサ１１１の周りで耳甲介周辺に接触する。パッド１１３は、生体センサ１１１で生体情報を取得する際に、外部の光が受光部１１１ｂで受光されることを防止する。パッド１１３は、より遮光性を向上させるために、例えば黒色のシリコンゴム等の遮光性材料で構成してもよい。パッド１１３は、中空構造にして、ユーザの耳甲介腔（耳甲介、耳珠裏側、対耳珠裏側で囲まれた部分）の大きさに変形しやすくしてもよい。パッド１１３は、ユーザが激しい運動をしても、イヤーピース１１０が所定の位置からずれることを防止する。さらに、パッド１１３は、受光部１１１ｂに外部から光が入ることを防止する。従って、本発明の生体情報取得装置は、より精度の高い生体情報の取得が可能となる。

筺体１１４は、イヤーピース１１０を耳に装着する際に、外耳道挿入側に挿入部１１２が係合されている。筺体１１４は、イヤーピース１１０を耳に装着する際に、耳甲介に対向する面に生体センサ１１１が配設されている。筺体１１４は、イヤーピース１１０を耳に装着する際に、外耳道挿入側と逆の端にパッド１１３が係合されている。筺体１１４はベント１１５（空気孔）が設けられている。ベント１１５は、イヤーピース１１０を装着する際に、外耳道から耳の外側に通じる空気孔である。ベント１１５は、筺体１１４に穴を形成してもよいし、筺体１１４の一部を凹ませて形成してもよい。筺体１１４にベント１１５を設けることにより、生体情報を測定しながら外の音を聞くことができ、ユーザの安全性が向上する。筺体１１４は、例えばポリカーボネート樹脂やアミン系樹脂等の樹脂で構成できる。本実施形態においては、筺体１１４、挿入部１１２、パッド１１３を係合してイヤーピース１１０を構成したが、本発明はこれに限ることなく、筺体１１４、挿入部１１２、パッド１１３を、同一の材料を用いて一体成形してもよい。

なお、イヤーピース１１０内部及び外部には、生体センサ１１１からの出力信号や、生体センサ１１１へ電力を供給するための各種配線が配置されている（図示せず）。

再び図１を参照すると、制御部１２０は、生体情報測定装置１００全体の動作を制御するプロセッサである。制御部１２０は、ユーザが生体情報の測定を行う際に、生体センサ１１１が取得した脈波データに基づいて、生体情報としての脈拍を測定する。

例えば、制御部１２０は、生体測定出力である脈波データが生体情報の測定に使用可能な許容範囲であるか否かを判断する。制御部１２０は、脈波データが許容範囲でないと判断した場合、報知部１５０からエラーの報知を行う。一方、制御部１２０は、脈波データが許容範囲であると判断した場合、報知部１５０から測定開始の報知を行う。

記憶部１６０は、例えば半導体メモリ、磁気メモリ等で構成することができ、各種情報や生体情報測定装置１００を動作させるためのプログラム等を記憶する。記憶部１６０は、例えば、生体センサ１１１が取得する脈波データが生体情報の測定に使用可能か否かの判断基準となる許容範囲に係る情報（閾値）を記憶する。

通信部１４０は、有線又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線により、携帯電話機と接続して通信を行う。生体情報測定装置１００は、例えば、制御部１２０が測定した生体情報を、通信部１４０を介して携帯電話機２００に送信する。

報知部１５０は、例えば、画像、文字若しくは発光等による視覚的な方法、音声等の聴覚的な方法、又はそれらの組み合わせにより、制御部１２０の制御に基づいて、ユーザに報知を行う。報知部１５０は、視覚的な方法で報知を行う場合、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスにより構成された表示デバイスに、画像又は文字を表示することにより報知を行う。報知部１５０は、例えば、生体センサ１１１とは別に構成されたＬＥＤ等の発光素子が発光することにより報知を行ってもよい。なお、報知部１５０が行う報知は、視覚的又は聴覚的な方法に限られず、ユーザが認識可能な任意の方法であってもよい。

なお、制御部１２０は、例えば、通信部１４０を介して接続された携帯電話機２００の表示部２６０に画像又は文字を表示することにより報知を行ってもよい。この場合、生体情報測定装置１００は、報知部１５０を備えなくてもよい。

なお、制御部１２０、記憶部１６０、報知部１５０及び通信部１４０は、イヤーピース１１０内に備えていてもよい。また、生体情報測定装置１００は、少なくとも挿入部１１２及び生体センサ１１１を備えていればよく、制御部１２０、記憶部１６０、及び報知部は携帯電話機２００に備えられていてもよい。

携帯電話機２００は、例えばスマートフォンであり、生体情報測定装置１００に接続される。携帯電話機２００は、携帯電話機制御部２２０と、通信部２４０と、表示部２６０と、入力部２７０とを備える。

携帯電話機制御部２２０は、携帯電話機２００全体の動作を制御するプロセッサである。携帯電話機制御部２２０は、例えば、生体情報測定装置１００が測定した生体情報を表示部２６０に表示させる。

通信部２４０は、有線又は無線により、生体情報測定装置１００と接続して通信を行う。携帯電話機２００は、例えば、生体情報測定装置１００が測定した生体情報を、通信部２４０を介して受信する。

表示部２６０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。表示部２６０は、生体情報測定装置１００が測定した生体情報を表示する。ユーザは、表示部２６０の表示を確認することにより、自らの生体情報を知ることができる。

入力部２７０は、ユーザからの操作入力を受け付けるものであり、例えば、操作ボタン（操作キー）から構成される。入力部２７０をタッチスクリーンにより構成し、表示部２６０の一部にユーザからの操作入力を受け付ける入力領域を表示して、ユーザによるタッチ操作入力を受け付けてもよい。

図３（ａ）は耳の構造を示す概略図である。図３（ｂ）は図２に示すイヤーピース１１０を耳に装着した状態を示す図である。本発明の生体情報測定装置１００は、イヤーピース１１０における挿入部１１２が、外耳道３４０に挿入された状態で、生体センサ１１１が耳甲介３１０に対向するように配置されて、生体情報を測定する。発光部１１１ａは耳甲介に向かって光を放射する。放射された光は、耳甲介で反射もしくは散乱し、受光部１１１ｂで受光される。反射光の強度は脈拍に同期して変動する。この反射光強度の変動を脈波として観察することにより、脈拍を得ることができる。耳甲介は、例えば外耳道内壁と比べて、被測定部が広い。従って、生体センサ１１１の配置の自由度は大きくなる。例えば、発光部１１１ａを耳甲介に密着させずに離した状態に配置することにより、光はより広い領域に放射することができる。また、耳甲介は、例えば外耳道内壁と比べて、平らである。従って、反射する光の方向が一定となり、受光部１１１ｂは安定して強い光を受光することができる。このように、広い領域の生体情報を強い光で受光できるので、より生体情報の測定精度を向上することができる。また、耳甲介と生体センサ１１１で囲まれる空間は、外部から光が入りにくいため、より生体情報の測定精度を向上することができる。

図４（ａ）は、従来の生体情報測定装置が取得した脈波データの一例を示す図である。図４（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る生体センサ１１１が取得した脈波データの一例を示す図である。脈波データを示す図は、横軸に時間、縦軸に光の受光強度をプロットした図である。従来の生体情報測定装置は、発光部と受光部を備える生体センサを対耳珠裏側に当接させ、脈波データを取得するものである。脈波データは、被験者が生体情報測定装置を装着したまま５分間所定の運動をした後に、測定された。図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、図４（ａ）の脈波データのピークの周期は不安定で、振幅が小さく、一定していない。それに対して、図４（ｂ）の脈波データのピークの周期は安定し、振幅は大きく、一定している。第１実施形態に係る生体センサ１１１が取得した脈波データは、測定精度がよいことが明らかである。測定後、従来の生体情報測定装置の装着状況を確認したところ、対耳珠裏側に当接されていた生体センサがずれており、外からの光が受光部に入る状態となっていた。それに対し、本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置の装着状況は安定していた。

図５は本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置と従来の生体情報測定装置とにおける、脈拍測定結果を比較する図である。測定は男３２人、女１８人、計５０人の脈拍測定を行った。従来の生体情報測定装置は、指先で測定する従来方式１と、対耳珠裏側で測定する従来方式２とを用いた。安静状態の被験者の脈拍を測定した。被験者の状態が変わらないように、被験者毎に３つの方式を連続して測定した。

脈拍取得率は、脈拍が測定できた確率である。本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置においては１００％の脈拍取得率であった。従来方式１では、指先の血行不良により脈波を検知できないことによるエラーが発生し、脈拍取得率は９６％であった。従来方式２では、耳の大きさが合わず対耳珠裏側に当接できないことによるエラーが発生し、脈拍取得率は９２％であった。

脈拍平均値は、取得された５０人分の脈拍の平均値である。従来方式２は、他の方式と比べて脈拍平均値が高く、測定の精度の点で課題があることが予想される。一般に知られるコホート研究では、１１４６３人の脈拍平均値は６２±９．５という結果が示されている。本発明の生体情報測定装置で測定した脈拍平均値は７０．２であった。コホート研究による脈拍平均値の範囲内であることから、生体情報測定装置で測定値は信頼性があると判断できる。

図６は、本発明の第２実施形態に係る生体情報測定装置における断面概略形状を示す図である。以下、本発明の第１実施形態に係る生体情報測定装置と同じ点については、詳細説明を省略し、異なる点について説明する。

第２実施形態に係る生体情報測定装置はスピーカ１３６を備える。スピーカ１３６は、振動板１３７及び駆動部１３８により構成される。スピーカ１３６は、筺体１３４ｂに保持され、筺体１３４ｂは筺体１３４ａと係合されている。筺体１３４ａのベント１３５ａと、筺体１３４ｂのベント１３５ｂはつながっている。イヤーピース１３０を耳に装着すると、ベントは外耳道から耳の外側に通じている。ベントを設けることにより、スピーカで音楽を聴きながら、外の音を聞くことができるので、ユーザの安全性が向上する。

スピーカ１３６が発生する音は、挿入部１３２の外耳道への挿入方向、すなわちユーザの耳内に伝達する。駆動部１３８は、携帯電話機２００で生成された音の音信号に基づいて、振動板１３７を振動させる。振動板１３７は、駆動部１３８の駆動に基づいて振動し、音を再生する。駆動部１３８は、例えば、制御部１２０によって駆動制御される。

振動板１３７の振動方向を矢印で示す。挿入部１３２の外耳道への挿入方向と振動板１３７の振動方向とは、略平行となるように、スピーカ１３６は配置される。略平行は振動板１３７の振動方向と挿入部１３２の挿入方向とのなす角θは０〜１０度の範囲である。このように配置することにより、音の反射が少なくなる。さらに、音の振動が耳の鼓膜に伝わりやすくなる。また、イヤーピース１３０を耳に装着すると、スピーカは耳の外に配置されるため、イヤーピースの装着感を損なうことなく、スピーカ１３６は大きいものを選択できる。

なお、本発明のスピーカの配置はこれに限ることなく、筺体１３４ａの生体センサ１３１が配設される逆の端に配設してもよい。

上記実施の形態においては、生体情報測定装置は、脈拍を測定するものとして説明したが、測定される生体情報はこれに限られない。測定される生体情報は、例えば、血流速度でもよい。血流速度を測定する場合は、たとえば赤外光（波長：１．３１マイクロメートル、あるいは１．５５マイクロメートル）のレーザを用いて、ドップラーシフトにより生じた波長の変化から相対的な血流速度を検出する。測定される生体情報は、例えば、体温でもよい。体温は、例えば、耳甲介から外部へ向かう熱放射（赤外線）により検出される。体温は、例えば、サーミスタを用いて検出される。生体情報として血流速度及び体温を測定する場合は、パッド１１３は遮光部材として機能すると共に、断熱部材としても機能する。パッド１１３を備えることにより、外部温度の影響を受けにくく、安定した生体情報の測定が可能となる。

測定される生体情報は、例えば、血圧、血中酸素量でもよい。また、測定される生体情報は１つに限らず、複数のセンサを組み合わせて、複数の生体情報を測定してもよい。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各部材等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段や部材等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１００ 生体情報測定装置
１１０、１３０ イヤーピース
１１１、１３１ 生体センサ
１１１ａ 発光部
１１１ｂ 受光部
１１２，１３２ 挿入部
１１３，１３３ パッド
１１４、１３４ａ、１３４ｂ 筺体
１１５、１３５ａ、１３５ｂ ベント
１３６ スピーカ
１３７ 振動板
１３８ 駆動部
１２０ 制御部
１４０ 通信部
１５０ 報知部
１６０ 記憶部
２００ 携帯電話機
２２０ 携帯電話機制御部
２６０ 表示部
２７０ 入力部
３００ 耳
３１０ 耳甲介
３２０ 耳珠
３３０ 対耳珠
３４０ 外耳道

Claims (7)

1. 生体センサ部と挿入部とを備え、
   前記生体センサ部は、前記挿入部が外耳道に挿入された状態で、耳甲介に対向する位置に配置される生体情報測定装置。
2. 当該生体情報測定装置は、前記挿入部が外耳道に挿入された状態で、外耳道から外部に通じるベントが設けられている、請求項１に記載の生体情報測定装置。
3. 前記生体センサ部と前記挿入部とを保持する筺体を備え、
   当該筺体は、前記挿入部が外耳道に挿入された状態で、外耳道から外部に通じるベントが設けられている、請求項２に記載の生体情報測定装置。
4. 前記生体センサ部は、光を放射する発光部と光を受光する受光部とを備え、
   前記発光部は耳甲介に向かって光を放射し、前記受光部は当該耳甲介から戻ってきた光を受光する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
5. 前記耳甲介から戻ってきた光以外の光が、前記受光部で受光されることを防ぐ遮光部を備える、請求項４に記載の生体情報測定装置。
6. 前記生体センサ部を囲むパッドを備え、
   当該パッドは、前記挿入部が外耳道に挿入された状態で、前記生体センサを備える面より耳甲介側に盛り上がっている、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
7. 振動板を振動させて音を発生させるスピーカを備え、
   前記振動板の振動方向は、前記挿入部の挿入方向と略平行である、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。

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