JP2016083007A - 生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く脈波を測定することができる生体情報取得装置を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る生体情報取得装置１は、生体に第１の波長の光を照射して生体での反射光又は透過光を検出する第１の検出部１１と、生体に第２の波長の光を照射して生体での反射光又は透過光を検出する第２の検出部１２と、生体に第１の波長の光を照射して得た検出信号から生体に第２の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて生体の脈波を導き出す処理部（例えば、処理装置３０）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法に関し、特に生体に光を照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を導き出す生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法に関する。

所定の波長の光を生体に照射すると当該光が生体の表皮、真皮表面、末梢血管、脂肪、動脈などで散乱(反射・透過)する。血管の脈は一定時間内に周期的な動きを行うことから、得られる反射光又は生体を透過する透過光から対応する周期的な動きを観測することができる。そこで、近年では、このような反射光や透過光を解析することにより、脈波を測定することが行われている。

ここで、特許文献１には、体動ノイズを取り除くために、近赤外光を生体に照射して得た血管での反射光量の検出信号から近赤外光より短い波長の光を生体に照射して得た皮膚表面での反射光量の検出信号を減じて脈波を導き出す技術が開示されている。

特開２００２−３６９８０５号公報

特許文献１の技術は、体動ノイズを取り除くことができるように工夫されているが、体動ノイズは脈波に付加されるノイズ全体の４〜５％でしかなく、体動ノイズを取り除いても脈波測定の精度を大きく向上させることができない。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、精度良く脈波を測定することができる生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る生体情報取得装置は、
生体に第１の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出する第１の検出部と、
前記生体に第２の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出する第２の検出部と、
前記生体に前記第１の波長の光を照射して得た検出信号から前記生体に前記第２の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて前記生体の脈波を導き出す処理部と、
を備える。

本発明の一形態に係る生体情報取得方法は、
生体に第１の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出するステップと、
前記生体に第２の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出するステップと、
前記生体に前記第１の波長の光を照射して得た検出信号から前記生体に前記第２の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて前記生体の脈波を導き出すステップと、
を備える。

本発明の一形態に係る生体情報取得装置は、
基板と、
前記基板上に設けられた光源及び受光器の何れか一方と、
前記基板上に設けられ、前記光源及び前記受光器の何れか一方を中心とした二重以上の略同心円上に夫々少なくとも一個配置された複数の他方の前記光源又は前記受光器と、
前記受光器が受光した生体での反射光又は透過光の検出信号に基づいて前記生体の脈波を導き出す処理部と、
を備える。

以上、説明したように、本発明によると、精度良く脈波を測定することができる生体情報取得装置、腕時計端末及び生体情報取得方法を提供することができる。

第１の実施の形態の生体情報取得装置を模式的に示すブロック図である。 第１の実施の形態の生体情報取得装置におけるセンサユニットを模式的に示す平面図である。 第１の実施の形態の生体情報取得装置における光源から出射された光が生体を介して受光器で受光される様子を模式的に示す図である。 第１の実施の形態の生体情報取得方法を示すフローチャート図である。 赤色光又は赤外光と緑色光との発光タイミングを示す図である。 赤色光又は赤外光と緑色光との異なる発光タイミングを示す図である。 処理装置に入力される第１の検出部の検出信号を例示的に示す図である。 第１の検出部の検出信号から第２の検出部の検出信号を減じた減算値の波形の一例を示し、減算値と、減算値から抽出される特徴点の一例を示す図である。 抽出した特徴点及び回帰直線に基づいて生体の血圧を導き出すための図である。 第２の実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。 第３の実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。 第４の実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。 第５の実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。 第６の実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。 第１の光源の生体への接触圧力を検出可能な構成としたセンサユニットを模式的に示す図である。 第１の光源の生体への接触圧力を予め設定された値に調整可能な構成を模式的に示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜第１の実施の形態＞
先ず、本実施の形態の生体情報取得装置及び生体情報取得方法を概略的に説明する。本実施の形態の生体情報取得装置及び生体情報取得方法は、第１の波長の光を生体に照射して得た血管での反射光又は透過光の検出信号（即ち、出力波形）から、第２の波長の光を生体に照射して得た、ノイズとして大きい真皮近傍での反射光又は透過光の検出信号を減じた減算値に基づいて生体の脈波を得る。これにより、ノイズの少ない検出信号を得ることができ、生体の脈波、ひいては生体の血圧を精度良く測定することができる。

次に、本実施の形態の生体情報取得装置を詳細に説明する。図１は、本実施の形態の生体情報取得装置を模式的に示すブロック図である。図２は、本実施の形態の生体情報取得装置におけるセンサユニットを模式的に示す平面図である。図３は、本実施の形態の生体情報取得装置における光源から出射された光が生体を介して受光器で受光される様子を模式的に示す図である。

生体情報取得装置１は、例えばウェアラブル式端末に設けられる生体情報取得装置であって、手首などに装着されるものである。生体情報取得装置１は、図１に示すように、センサユニット１０、ＡＦＥ（Analog Front End）２０、処理装置３０及び表示部４０を備えている。

センサユニット１０は、第１の検出部１１及び第２の検出部１２を備えており、処理装置３０からの制御信号に基づいて動作する。第１の検出部１１は、検出光として赤色光又は赤外光（ＩＲ：例えば、波長７８０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下）を出射する光源及び当該検出光が生体内で反射した光又は透過した光を受光する受光器を備えている。

第２の検出部１２は、検出光として緑色光（例えば、波長４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下）を出射する光源及び当該検出光が生体内で反射した光又は透過した光を受光する受光器を備えている。

第１の検出部１１及び第２の検出部１２の光源としては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などの発光素子を用いることができる。第１の検出部１１及び第２の検出部１２の受光器としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）などの受光素子を用いることができる。受光器は、受光した光の強度を示す信号を光電変換してＡＦＥ２０に出力する。

本実施の形態のセンサユニット１０は、第１の検出部１１において赤色光や赤外光を生体に照射して血管で反射した反射光を受光し、第２の検出部１２において緑色光を生体に照射して真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射した反射光を受光する。

詳細には、センサユニット１０は、図２に示すように、共通の基板１３上に検出光として赤色光又は赤外光を出射する第１の光源１１１、検出光として緑色光を出射する第２の光源１２１、同じく検出光として緑色光を出射する第３の光源１２２及び受光器１１２を備えている。つまり、本実施の形態のセンサユニット１０は、一つの第１の検出部１１及び二つの第２の検出部１２を備えており、二つの第２の検出部１２の受光器としては第１の検出部１１の受光器１１２を共通に用いている。これにより、受光器１１２の個数を削減することができ、センサユニット１０を小型化することができる。

ここで、一般的に受光器と光源との距離は光の生体内への深達度と対応する。そこで、本実施の形態では、図３に示すように、受光器１１２から離れる方向に第３の光源１２２、第２の光源１２１、第１の光源１１１の順で配置することで、真皮より生体の内部に存在する血管の反射光を得るために用いる第１の光源１１１を第２の光源１２１及び第３の光源１２２より受光器１１２から離れた位置に配置している。これにより、血管での反射光を良好に受光することができる。ちなみに、図３では、光の照射領域をハッチング部分で示している。なお、各光源１１１、１２１、１２２の間隔は、出射光の波長などに基づいて適宜設定される。

また、本実施の形態の第１の光源１１１、第２の光源１２１及び第３の光源１２２は、図２に示すように、略直線上に略等しい間隔で配置されている。これにより、生体情報取得装置１を生体に装着する際に、第１の光源１１１、第２の光源１２１及び第３の光源１２２を略等しい血管上に配置することができ、脈波の測定精度を向上させることができる。

ＡＦＥ２０は、アンプ２１、ノイズ除去フィルタ２２及びＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２３を備えている。アンプ２１は、センサユニット１０からの検出信号を増幅する。ノイズ除去フィルタ２２は、アナログフィルタであり、アナログ処理によってアンプ２１で増幅された検出信号のノイズを除去する。例えば、ノイズ除去フィルタ２２はローパスフィルタやハイパスフィルタなどのＬＣフィルタである。

ＡＤＣ２３は、ノイズ除去フィルタ２２でノイズ除去された検出信号をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤＣ２３は、デジタル信号に変換された検出信号を処理装置３０に出力する。ＡＤＣ２３は、所定のサンプリング周期でサンプリングされたデジタル値を検出信号として出力する。

処理装置３０は、例えば、マイコンであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、メモリ３２、デジタルフィルタ３３及びパワーマネジメントユニット３４を備えている。メモリ３２は、所定のプログラムを格納している。ＣＰＵ３１は、メモリ３２に格納されたプログラムを読み出して、実行する。こうすることで、処理装置３０は、ＡＦＥ２０からの検出信号に基づいて、血圧（ＳＢＰ、ＤＢＰ）などを測定し、測定した血圧などを示す信号を表示部４０に出力する。なお、処理装置３０は、血圧以外の健康指標、例えばＡＩ（動脈硬化指数）値を測定するようにしてもよい。

デジタルフィルタ３３は、第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た検出信号から、第２光源１２１又は第３の光源１２２から検出光を生体に照射して得た検出信号を減じる処理を行う。ここで、検出信号には、血管の脈動に応じた脈波が繰り返し現れるため、検出信号に基づいて生体の脈波を得ることができる。

パワーマネジメントユニット３４は、センサユニット１０に供給する電源を制御する。例えば、パワーマネジメントユニット３４は、各光源１１１、１２１、１２２に所定の駆動電流を供給して、各光源１１１、１２１、１２２を所定の強度で発光させる。さらに、パワーマネジメントユニット３４は、各光源１１１、１２１、１２２に電流を供給するタイミングを制御して、各光源１１１、１２１、１２２を所定のタイミングで間欠的に発光させるようにしてもよい。

表示部４０は、処理装置３０からの信号に示された生体の脈波や血圧などの情報を出力する。表示部４０としては、例えば液晶ディスプレイやＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイを用いることができる。

次に、上述の生体情報取得装置１を用いた生体情報取得方法を説明する。なお、本実施の形態の生体情報取得方法は、生体の脈波に基づいて血圧を測定する。ここで、図４は、本実施の形態の生体情報取得方法を示すフローチャート図である。図５は、赤色光又は赤外光と緑色光との発光タイミングを示す図である。図６は、赤色光又は赤外光と緑色光との異なる発光タイミングを示す図である。図７は、処理装置に入力される第１の検出部の検出信号を例示的に示す図である。図８は、第１の検出部の検出信号から第２の検出部の検出信号を減じた減算値の波形の一例を示し、減算値と、減算値から抽出される特徴点の一例を示す図である。図９は、抽出した特徴点及び回帰直線に基づいて生体の血圧を導き出すための図である。

先ず、生体情報取得装置１を例えばバントなどにより生体の手首に装着し、図４に示すように、第１の光源１１１、第２の光源１２１、第３の光源１２２の検出光を夫々生体に照射し、生体からの反射光を受光器１１２で受光する（Ｓ１）。

詳細には、第１の光源１１１、第２の光源１２１、第３の光源１２２の発光期間が重ならないように、処理装置３０からの制御信号に基づいて、第１の光源１１１、第２の光源１２１、第３の光源１２２が所定の周期で所定の期間、発光する。

本実施の形態では、予め生体の脈波をサンプリングしておき、図５に示すように、先ず第１の光源１１１を脈波の略一周期期間、発光させ、その後、第２の光源１２１を同じく脈波の略一周期期間、発光させる。さらに、第３の光源１２２を当該脈波の略一周期期間、発光させる。

つまり、脈波の略一周期毎に第１の光源１１１、第２の光源１２１、第３の光源１２２を順に生体に照射する。これにより、第１の光源１１１、第２の光源１２１、第３の光源１２２を夫々、検出信号の強度が略等しい時から略等しい期間、生体に照射することができる。

但し、一周期の開始点は、脈波の極小点でなくてもよく、特に限定されない。また、本実施の形態では、第１の光源１１１、第２の光源１２１、第３の光源１２２を夫々一周期の全期間内で照射しているが、例えば、図６に示すように、第１の光源１１１、第２の光源１２１、第３の光源１２２の検出光を脈波と略等しい周期で間欠的に等しい期間出射してもよい。これにより、第１の光源１１１、第２の光源１２１及び第３の光源１２２の消費電源を抑制することができる。また、光源の発光順は、特に限定されず、第１の光源１１１、第２の光源１２１及び第３の光源１２２の発光が一組となっていればよい。

上述のように赤色光や赤外光は血管で反射し、緑色光は真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射する。そのため、図３に示すように、第１の光源１１１から生体に照射された検出光は血管で反射し、反射光が受光器１１２で受光される。また、第２の光源１２１から生体に照射された検出光は真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射し、反射光が受光器１１２で受光される。さらに、第３の光源１２２から生体に照射された検出光は真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射し、反射光が受光器１１２で受光される。受光器１１２は、受光した光の強度を示す信号を光電変換してアナログ信号をＡＦＥ２０に出力する。

次に、ＡＦＥ２０は、センサユニット１０から入力された検出信号を処理する（Ｓ２）。詳細には、ＡＦＥ２０のアンプ２１は、処理装置３０の制御信号に基づいて、センサユニット１０から入力された検出信号を増幅する。そして、ＡＦＥ２０のノイズ除去フィルタ２２は、処理装置３０の制御信号に基づいて、増幅された検出信号をフィルタリング処理してノイズを除去する。さらに、ＡＦＥ２０のＡＤＣ２３は、処理装置３０の制御信号に基づいて、ノイズが除去された検出信号をデジタル処理し、デジタル処理した検出信号を処理装置３０に出力する。例えば、ＡＦＥ２０のＡＤＣ２３は、図７に示すような波形を有する第１の検出部１１の検出信号を処理装置３０に出力する。

次に、処理装置３０は、ＡＦＥ２０から入力された検出信号に基づいて血圧を測定する（Ｓ３）。表皮から血管までの間には、真皮近傍の末梢血管や脂肪などが存在し、このような末梢血管や脂肪などで反射した反射光に基づくノイズが、第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号に含まれる。

そこで、処理装置３０のデジタルフィルタ３３は、第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号から、第２の光源１２１又は第３の光源１２２から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号を減じた減算値に基づいて生体の脈波を得る。そして、デジタルフィルタ３３は、減算値を示す検出信号（即ち、生体の脈波を示す検出信号）をＣＰＵ３１に出力する。

これにより、検出光が真皮近傍の末梢血管や脂肪などで反射することに起因するノイズを良好に除去した検出信号を得ることができ、その結果、生体の脈波の測定精度を向上させることができる。

しかも、第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号から、第２の光源１２１又は第３の光源１２２から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号を減ずる簡単な処理であるので、処理装置３０での演算処理負担を軽減することができる。

ここで、本実施の形態では、第２の光源１２１から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号、及び第３の光源１２２から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号のうち、検出信号の強度が強い方を選択し、選択した検出信号を第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号から減ずる。これにより、より精度良く生体の脈波を測定することができる。

次に、処理装置３０のＣＰＵ３１は、デジタルフィルタ３３から入力された検出信号に基づいて血圧を測定する。詳細には、ＣＰＵ３１は、図８に示すように、第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号から、第２の光源１２１又は第３の光源１２２から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号を減じた減算値が正となる期間から脈波の一周期を特定する。なお、以下の説明において、一周期分の脈波を一脈波とする。ＣＰＵ３１は、減算値が負から正となるタイミングが一脈波の開始点として設定する。ちなみに、図８では、下側に減算値による生体の脈波を示し、上側に理想的な生体の脈波の一部を拡大して示している。

そして、ＣＰＵ３１は減算値に基づいて、一脈波の特徴点を抽出する。ＣＰＵ３１は、一脈波毎に、例えば、最大値、最小値、極大値、極小値、変曲点などを特徴点として抽出する。ＣＰＵ３１は、減算値の波形から特徴点の値、及び時間を算出する。例えば、ＣＰＵ３１は、脈波を微分して速度脈波を求めたり、二回微分して加速度脈波を求めたりすることで、特徴点を算出する。

図８では、一周期における第１のピーク（最大値）がＳｙｓｔｏｌｉｃ ｐｅａｋ，第２のピーク（極大値）がＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｐｅａｋとなる。さらに、第２のピークの後の極小値が収縮期（ｓｙｓｔｏｌｉｃ）と拡張期（Ｄｉａｓｔｏｌｉｃ）との境界を示すノッチとなる。一周期の開始点からｓｙｓｔｏｌｉｃ ｐｅａｋまでの時間をＳ．Ｔｉｍｅとする。一周期の開始点からＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｐｅａｋをＲ．Ｔｉｍｅとする。一周期の開始点からノッチまでの時間をＮｏｔｃｈ Ｔｉｍｅとする。さらに、ＣＰＵ３１は一周期の最小値を特徴点として抽出する。このように、ＣＰＵ３１は、複数の特徴点における値と時間を算出する。また、本実施の形態では、ノッチでの減算値を基に、最大値、最小値などを補正するようにしてもよい。

ＣＰＵ３１は、一脈波に含まれる複数の特徴点の値、及び時間から特徴量を算出する。本明細書において、特徴量とは、血圧（ＳＢＰ，ＤＢＰ）を算出するための値であり、１脈波における特徴点の値、及び時間から導き出される値である。特徴量は予め設定された計算式に基づいて算出することが可能である。

そして、ＣＰＵ３１は、特徴量を血圧に換算する。ＣＰＵ３１は、回帰直線を用いて、特徴量を血圧値に換算する。ここでは、図９に示すように、ＳＢＰ（収縮期血圧：ＢＰ＿ＭＡＸ）と、ＢＰ（拡張期血圧：ＢＰ＿ＭＩＮ）とを算出するため、二つ回帰直線がメモリ３２に格納されている。そして、ＣＰＵ３１は、一脈波に基づいて、ＳＢＰ用の特徴量とＤＢＰ用の特徴量を算出する。そして、ＣＰＵ３１は、回帰直線を用いて二つの特徴量からＳＢＰ及びＤＢＰをそれぞれ算出する。このようにして、処理装置３０は血圧を導き出し、血圧を示す信号を表示部４０に出力する。ちなみに、図９では、右側にＢＰ＿ＭＡＸを算出するための図を示し、左側にＢＰ＿ＭＩＮを算出するための図を示している。

なお、回帰直線は、予め取得された複数の測定結果を用いて設定されている。すなわち、複数の測定対象者に対して、本実施の形態に係る生体情報取得装置で特徴量を求めるとともに、従来のカフ式の血圧計で血圧値を測定する。これにより、特徴量と血圧値を対応付けたデータベースが構築される。そして、データベースに記憶されたデータに対して回帰分析を行って、回帰直線を求める。

ここで、回帰直線は、性別、及び年代別に設定されていてもよい。例えば、２０代男性、２０代女性、３０代男性、３０代女性などのように、性別ごと、年代別に設定されていてもよい。すなわち、年代、性別ごとにデータを取得して、データベースを構築してもよい。

また、ＣＰＵ３１は、回帰直線に限らず、二次以上の多項式などを用いた回帰曲線を用いて特徴量を血圧に換算してもよい。

さらに、ＣＰＵ３１は、複数の脈波に基づいて、血圧を算出するようにしてもよい。例えば、ＣＰＵ３１は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の脈波のそれぞれについて特徴点を抽出して、特徴量を算出する。これにより、一脈波毎に特徴量が算出されるため、ｎ個の特徴量が算出される。そして、ＣＰＵ３１が、回帰直線を用いて、ｎ個の特徴量をそれぞれ血圧（ＳＢＰ又はＤＢＰ）に換算する。これにより、ｎ個の血圧値が算出される。そして、ｎ個の血圧値の平均値を血圧とすることができる。このように、複数の脈波に基づいて、特徴量を算出することで、測定精度を向上することができる。

さらに、ｎ個の血圧値の最大値、又は最小値を除いて血圧を求めるようにしてもよい。例えば、ｎ個の血圧値のうち、最大値と最小値を除いた（ｎ―２）個の血圧値の平均値を血圧としてもよい。これにより、より測定精度を向上することができる。

なお、特徴点が抽出できない一脈波（一周期）については、血圧の算出から除外するようにしてもよい。例えば、ノイズなどの影響によって、特徴量の算出に必要な極大値、極小値がノイズに埋もれてしまい、算出することができない場合、その周期については、特徴量を算出できなくなる。したがって、特徴点が抽出できない一脈波（一周期）については、血圧を換算しないようにすることが好ましい。こうすることで、血圧の測定精度を向上することができる。

このように、ＣＰＵ３１は、減算値を元に脈波の上昇、下降などの傾向を推定して、最大値、最小値、極大値、極小値、変曲点などを特徴点として推定する。そして、ＣＰＵ３１は一脈波毎に、複数の特徴点から特徴量を算出し、データベースによって予め求められた回帰直線を用いて、当該特徴量を血圧値に換算する。

次に、表示部４０は、処理装置３０から入力される信号が示す血圧を出力する（Ｓ４）。

このように本実施の形態では、第１の波長の光を生体に照射して得た血管での反射光又は透過光の検出信号から、第２の波長の光を生体に照射して得た、ノイズとして大きい真皮近傍での反射光又は透過光の検出信号を減じた減算値に基づいて生体の脈波を得る。そのため、ノイズの少ない検出信号を得ることができ、生体の脈波、ひいては生体の血圧を精度良く測定することができる。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、センサユニットの異なる形態を説明する。図１０は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第１の実施の形態の生体情報取得装置１と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。

本実施の形態のセンサユニット５０は、図１０に示すように、第１の光源１１１、第２の光源１２１及び第３の光源１２２を略直線上に配置した光源ユニット５１が、基板１３上で受光器１１２を中心とした放射状に配置されている。そして、各光源ユニット５１の光源１１１、１２１、１２２は夫々、異なる略同心円上に配置されている。

すなわち、各光源ユニット５１の第１の光源１１１は、受光器１１２を中心とした第１の円上に配置されている。各光源ユニット５１の第２の光源１２１は、受光器１１２を中心とした第１の円より小さい直径の第２の円上に配置されている。各光源ユニット５１の第３の光源１２２は、受光器１１２を中心とした第２の円より小さい第３の円上に配置されている。

測定する脈波は、生体情報取得装置の生体への装着具合（例えば、接触しているか離れているか、圧力はどの程度か）により、波形が異なる。そのため、各光源ユニット５１のうち、処理装置３０は所定の条件を満たす（例えば、所定の圧力で各光源１１１、１２１及び１２２が生体に接触する）光源ユニット５１を選択し、選択した光源ユニット５１の各光源１１１、１２１、１２２から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得ると、精度良く脈波を測定することができる。

なお、本実施の形態のセンサユニット５０は、検出光として赤色光又は赤外光を生体に照射して得た検出信号から、検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を減じる処理を行うことを前提とした構成であるが、検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合は、センサユニット５０に搭載される光源は全て第１の光源１１１で構成することができる。このとき、径方向の隣接する第１の光源の間隔及び周方向に隣接する第１の光源の間隔は、出射光の波長などに基づいて適宜設定される。

この場合、全ての第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た検出信号をサンプリングし、第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た、最も信号状態の良い（例えば、特徴点を抽出し易い）検出信号に基づいて生体の脈波を得る。これにより、精度良く生体の脈波を測定することができる。つまり、直線上に配置された複数の第１の光源１１１のうち、最も信号状態が良く、且つ等しい円上に配置された複数の第１の光源１１１のうち、最も信号状態が良い検出信号を得ることができる第１の光源１１１を選択し、当該第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得る。

また、性別、年齢、体重などで区分けし、第１の光源１１１と受光器１１２との距離を一定としてデータを収集して上述のようなデータベースを作成する際に、上述のように第１の光源１１１を略同心円上に配置すると、等しい略円上に配置された第１の光源１１１から受光器１１２までの距離は略等しいので、当該データベースによる血圧推定アルゴリズムの誤差を抑制することができる。

しかも、基板１３上にマトリックス状に第１の光源１１１を配置する場合に比べて、上述のように第１の光源１１１を略同心円上に配置すると、第１の光源１１１の個数を削減することができ、その結果、生体情報取得装置の軽量化に寄与できる。

ちなみに、特許文献２（特許第２７６６３１７号公報）には、受光素子を中心とした円上に発光素子を配置した構成が開示されているが、血液中の酸素飽和度測定に関する技術である。

＜第３の実施の形態＞
検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合における、センサユニットの異なる形態を説明する。図１１は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第１の実施の形態の生体情報取得装置１と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。

本実施の形態のセンサユニット６０は、図１１に示すように、複数の受光器１１２を略直線上に配置した受光器ユニット６１が、基板１３上に第１の光源１１１を中心とした放射状に配置されている。そして、各受光器ユニット６１の受光器１１２は夫々、異なる略同心円上に配置されている。このとき、径方向に隣接する受光器１１２の間隔及び周方向に隣接する受光器１１２の間隔は、第１の光源１１１の出射光の波長などに基づいて適宜設定される。

上述のように、測定する脈波は生体情報取得装置の生体への装着具合により、波形が異なるため、各受光器１１２のうち、所定の条件を満たす（例えば、所定の圧力で生体に接触する）受光器１１２を選択し、選択した受光器１１２の検出信号に基づいて生体の脈波を得ることで、脈波の測定精度を向上させることができる。

また、性別、年齢、体重などで区分けし、第１の光源１１１と受光器１１２との距離を一定としてデータを収集して上述のようなデータベースを作成する際に、上述のように受光器１１２を略同心円上に配置すると、等しい略円上の受光器１１２は第１の光源１１１までの距離が略一定であるので、当該データベースによる血圧推定アルゴリズムの誤差を抑制することができる。

しかも、基板１３上にマトリックス状に受光器１１２を配置する場合に比べて、上述のように受光器１１２を略同心円上に配置すると、受光器１１２の個数を削減することができ、その結果、生体情報取得装置の軽量化に寄与できる。

＜第４の実施の形態＞
検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合における、センサユニットの異なる形態を説明する。図１２は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第１の実施の形態の生体情報取得装置１と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。

本実施の形態のセンサユニット７０は、図１２に示すように、第１の光源１１１を中心に略渦巻き線（図１２では二点鎖線で示している）上に受光器１１２が基板１３上に配置されている。この場合も、複数の受光器１１２のうち、所定の条件を満たす受光器１１２を選択し、選択した受光器１１２の検出信号に基づいて生体の脈波を得ることで、脈波の測定精度を向上させることができる。このとき、渦巻き線上で隣接する受光器１１２の間隔は、第１の光源１１１の出射光の波長などに基づいて適宜設定される。

なお、本実施の形態では、第１の光源１１１を中心に略渦巻き線上に受光器１１２を配置したが、受光器１１２を中心に略渦巻き線上に第１の光源１１１を配置して、所定の条件を満たす第１の光源１１１を選択し、選択した第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た反射光の検出信号に基づいて生体の脈波を得てもよい。

＜第５の実施の形態＞
検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合における、センサユニットの異なる形態を説明する。図１３は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第１の実施の形態の生体情報取得装置１と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。

本実施の形態のセンサユニット８０は、図１３に示すように、略直線上に複数の第１の光源１１１及び受光器１１２が基板１３上に配置されている。この場合も、複数の第１の光源１１１のうち、所定の条件を満たす第１の光源１１１を選択し、選択した第１の光源１１１の検出信号に基づいて生体の脈波を得ることで、脈波の測定精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、略直線上に複数の第１の光源１１１及び受光器１１２を配置したが、略直線上に第１の光源及び複数の受光器１１２を配置して、所定の条件を満たす受光器１１２を選択し、選択した受光器１１２から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得てもよい。

＜第６の実施の形態＞
検出光として緑色光を生体に照射して得た検出信号を用いてノイズを除去しない場合における、センサユニットの異なる形態を説明する。図１４は、本実施の形態のセンサユニットを模式的に示す図である。なお、第１の実施の形態の生体情報取得装置１と同一の要素には同一の符号を用いて説明し、重複する説明は省略する。

本実施の形態のセンサユニット９０は、図１４に示すように、径の異なる複数のリング状の光源９１が基板１３上に受光器１１２を中心に配置されている。この場合も、各光源９１のうち、所定の条件を満たす（例えば、所定の圧力で生体に接触する）光源９１を選択し、選択した光源９１から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得ることで、脈波の測定精度を向上させることができる。ここで、隣接する光源９１の間隔は、出射光の波長などに基づいて適宜設定される。

なお、本実施の形態では、受光器１１２を中心にリング状の光源９１を配置したが、点光源を中心として複数のリング状の受光器を配置し、所定の条件を満たす受光器を選択し、選択した受光器の検出信号に基づいて生体の脈波を測定してもよい。

＜第７の実施の形態＞
基板１３は、フレキシブル基板で構成されていることが好ましい。これにより、基板１３を生体の例えば手首の湾曲に沿わせて、光源及び受光器を良好に生体に接触させることができる。

このように基板１３をフレキシブル基板で構成した生体情報取得装置を生体に装着した場合、基板１３が湾曲して上述の同心円が変形してしまう。そこで、生体情報取得装置を生体に装着した状態で、光源又は受光器が略同心円上に配置されるように、基板１３を平坦にした状態で光源及び受光器の何れか一方は他方を中心とした同心楕円上に配置されることが好ましい。これにより、データベースを作成する際に、第１の光源１１１と受光器１１２との距離を精度良く一定にすることができる。

＜第８の実施の形態＞
上述のように光源や受光器の生体への接触圧力を検出する場合、以下のような構成を採用すればよい。図１５は、第１の光源の生体への接触圧力を検出可能な構成としたセンサユニットを模式的に示す図である。

本実施の形態のセンサユニットは、図１５に示すように、第１の光源１１１と基板１３との間に圧力検出部１４を備えている。圧力検出部１４としては、一般的な圧力センサを用いることができる。

このような構成を例えば複数の第１の光源１１１を備えるセンサユニットに採用すると、処理装置は、圧力検出部１４の検出信号に基づいて、複数の第１の光源１１１のうち、予め設定された圧力値以上の第１の光源１１１を選択し、選択した第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た検出信号に基づいて生体の脈波を得る。これにより、生体情報取得装置の生体への装着状態のばらつきや生体の個体差による測定困難を回避することができる。

但し、図１５では、第１の光源１１１の生体への接触圧力を検出することができる構成とされているが、例えば複数の受光器１１２を備えるセンサユニットの場合は、各受光器１１２と基板１３との間に圧力検出部１４を配置すればよい。

＜第９の実施の形態＞
ここで、光源や受光器の生体への接触圧力を予め設定された値に調整可能な構成であることが好ましい。図１６は、第１の光源の生体への接触圧力を予め設定された値に調整可能な構成を模式的に示す図である。

本実施の形態では、図１６に示すように、第１の光源１１１と基板１３との間に圧力検出部１４及び圧力調整部１５を備えている。圧力調整部１５としては、例えばアクチュエータを用いることができる。

このような構成を例えば複数の第１の光源１１１を備えるセンサユニットに採用すると、処理装置は、圧力検出部１４からの検出信号に基づいて圧力調整部１５を制御して、第１の光源１１１の生体への接触圧力を予め設定された値に調整する。そして、処理装置は、複数の第１の光源１１１から検出光を生体に照射して得た、最も信号状態の良い（例えば、特徴点を抽出し易い）検出信号に基づいて生体の脈波を得る。これにより、生体情報取得装置の生体への装着状態のばらつきや生体の個体差による測定困難を回避することができる。

但し、図１６では、第１の光源１１１の生体への接触圧力を調整可能な構成とされているが、例えば複数の受光器１１２を備えるセンサユニットの場合は、各受光器１１２と基板１３との間に圧力検出部１４及び圧力調整部１５を配置すればよい。

＜第１０の実施の形態＞
複数の第１の光源１１１又は複数の受光器１１２を備えるセンサユニットを用いる場合、中央の第１の光源１１１及び受光器１１２の何れか一方からの距離が異なる複数の他方の第１の光源１１１又は受光器１１２を動作させ、生体の異なる位置で得た脈波に基づいて、一般的なＰＷＴＴ（Pulse Wave Transit Time）方式で生体の血圧を導き出してもよい。

＜第１１の実施の形態＞
センサユニットが複数の第１の光源１１１を備える場合、受光器１１２からの距離に応じて第１の光源の出射光の周波数を変更することが好ましい。例えば、受光器１１２から遠くなるのに従って第１の光源１１１の出射光の周波数を長くする。これにより、第１の光源１１１の出射光の生体内への深達度を調整することができる。

以上、本発明に係る生体情報取得装置及び生体情報取得方法の実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、検出光が生体内で反射した反射光に基づいて生体の脈波などを測定しているが、検出光が生体を透過した透過光に基づいて生体の脈波などを測定してもよい。この場合、光源と受光器との間に生体が配置されるように、光源及び受光器を配置すればよい。

例えば、第２の実施の形態以降の実施の形態では、第１の光源１１１又は受光器１１２を複数備えるセンサユニットを説明したが、上述の構成に限定されない。すなわち、複数の第１の光源１１１又は受光器１１２は不規則的に又は規則的に基板１３上に配置されていればよい。

例えば、上記実施の形態の生体情報取得装置を腕時計端末などのウェアラブル端末に組み込みことも可能である。すなわち、生体情報取得装置を備えた腕時計端末と捉えることも可能である。さらには、センサユニット１０が腕時計端末に設けられるとともに無線通信部を有しおり、その他の構成（例えば、処理装置３０、表示部４０等）は、スマートフォンに備えられていてもよい。この場合、腕時計端末で取得したアナログデータ又はデジタルデータが無線通信によってスマートフォンに転送される。そして、データを受信したスマートフォンが血圧を測定するための処理の一部又は全部を行ってもよい。

１ 生体情報取得装置
１０ センサユニット
１１ 第１の検出部、１１１ 第１の光源、１１２ 受光器
１２ 第２の検出部、１２１ 第２の光源、１２２ 第３の光源
１３ 基板
１４ 圧力検出部
１５ 圧力調整部
２０ ＡＦＥ、２１ アンプ、２２ ノイズ除去フィルタ、２３ ＡＤＣ
３０ 処理装置、３１ フィルタ、３２ メモリ、３３ デジタルフィルタ、３４ パワーマネジメントユニット
４０ 表示部
５０ センサユニット、５１ 光源ユニット
６０ センサユニット、６１ 受光器ユニット
７０ センサユニット
８０ センサユニット
９０ センサユニット、９１ 光源

Claims (21)

1. 生体に第１の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出する第１の検出部と、
   前記生体に第２の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出する第２の検出部と、
   前記生体に前記第１の波長の光を照射して得た検出信号から前記生体に前記第２の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて前記生体の脈波を導き出す処理部と、
   を備える生体情報取得装置。
2. 前記第２の波長は、４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下である請求項１に記載の生体情報取得装置。
3. 前記生体への前記第１の波長の光の照射と前記生体への前記第２の波長の光の照射とは、照射期間が重ならないように予め設定された周期で略等しい期間行う請求項１又は２に記載の生体情報取得装置。
4. 前記予め設定された周期は、前記生体の脈波の周期と略等しい請求項３に記載の生体情報取得装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生体情報取得装置を備えた腕時計端末。
6. 生体に第１の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出するステップと、
   前記生体に第２の波長の光を照射して前記生体での反射光又は透過光を検出するステップと、
   前記生体に前記第１の波長の光を照射して得た検出信号から前記生体に前記第２の波長の光を照射して得た検出信号を減じた減算値に基づいて前記生体の脈波を導き出すステップと、
   を備える生体情報取得方法。
7. 前記第２の波長は、４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下である請求項６に記載の生体情報取得方法。
8. 前記生体への前記第１の波長の光の照射と前記生体への前記第２の波長の光の照射とは、照射期間が重ならないように予め設定された周期で略等しい期間行う請求項６又は７に記載の生体情報取得方法。
9. 前記予め設定された周期は、前記生体の脈波の周期と略等しい請求項８に記載の生体情報取得方法。
10. 基板と、
    前記基板上に設けられた光源及び受光器の何れか一方と、
    前記基板上に設けられ、前記光源及び前記受光器の何れか一方を中心とした二重以上の略同心円上に夫々少なくとも一個配置された複数の他方の前記光源又は前記受光器と、
    前記受光器が受光した生体での反射光又は透過光の検出信号に基づいて前記生体の脈波を導き出す処理部と、
    を備える生体情報取得装置。
11. 前記他方の光源又は受光器は、等しい略円上に複数配置されており、
    前記処理部は、前記等しい略円上に配置された複数の前記他方の光源又は受光器のうち、前記受光器が受光した生体での反射光又は透過光の検出信号が予め設定された条件を満たす前記他方の光源又は受光器を選択して、前記生体での反射光又は透過光の検出信号を取得する請求項１０に記載の生体情報取得装置。
12. 前記他方の光源又は受光器は、略直線上に複数配置されており、
    前記処理部は、前記略直線上に配置された複数の前記他方の光源又は受光器のうち、前記受光器が受光した生体での反射光又は透過光の検出信号が予め設定された条件を満たす前記他方の光源又は受光器を選択して、前記生体での反射光又は透過光の検出信号を取得する請求項１０又は１１に記載の生体情報取得装置。
13. 前記他方の光源又は受光器は、前記光源及び受光器の何れか一方を中心とする略渦巻き上に複数配置されており、
    前記処理部は、前記略渦巻き線上の複数の前記他方の光源又は受光器のうち、前記受光器が受光した生体での反射光又は透過光の検出信号が予め設定された条件を満たす前記他方の光源又は受光器を選択して、前記生体での反射光又は透過光の検出信号を取得する請求項１０に記載の生体情報取得装置。
14. 前記他方の光源又は受光器は、複数の略リング状の素子であり、
    前記処理部は、複数の前記他方の光源又は受光器のうち、前記受光器が受光した生体での反射光又は透過光の検出信号が予め設定された条件を満たす前記他方の光源又は受光器を選択して、前記生体での反射光又は透過光の検出信号を取得する請求項１０に記載の生体情報取得装置。
15. 前記他方の光源又は受光器の前記生体への接触圧力を検出する圧力検出部を備え、
    前記処理部は、予め設定された圧力の前記他方の光源又は受光器を選択して、前記生体での反射光又は透過光の検出信号を取得する請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の生体情報取得装置。
16. 前記他方の光源又は受光器の前記生体への接触圧力を検出する圧力検出部と、
    前記生体への接触圧力を予め設定された圧力とする圧力調整部と、
    を備える請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の生体情報取得装置。
17. 前記処理部は、前記光源及び受光器の何れか一方からの距離が異なる複数の前記他方の光源又は受光器を動作させ、前記生体の異なる位置での脈波を導き出して、導き出した脈波の伝播時間に基づいて前記生体の血圧を導き出す請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の生体情報取得装置。
18. 前記他方は光源であり、前記一方である受光器からの距離に応じて、前記生体に照射する光の波長が異なる請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の生体情報取得装置。
19. 前記基板はフレキシブル基板である請求項１０乃至１８のいずれか１項に記載の生体情報取得装置。
20. 前記生体情報取得装置が前記生体に装着されて前記フレキシブル基板が湾曲した状態で、前記他方の光源又は受光器が前記光源及び受光器の何れか一方を中心とした略同心円上に配置されるように、前記フレキシブル基板を平坦にした状態で前記他方の光源又は受光器は前記光源及び受光器の何れか一方を中心とした略同心楕円上に配置されている請求項１９に記載の生体情報取得装置。
21. 請求項１０乃至２０のいずれか１項に記載の生体情報取得装置を備えた腕時計端末。