JP2017136183A - 生体情報取得装置及び生体情報取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生体情報を精度良く取得する技術を提供する。【解決手段】生体情報取得装置は、測定用発光部から照射された光を、複数の受光部のうち、測定用発光部から第１の距離よりも大きな第２の距離だけ離れた受光部を測定用受光部として選択して第１の受光結果を取得し、測定用発光部から照射された光を、複数の受光部のうち、測定用発光部から第２の距離だけ離れた受光部をリファレンス用受光部として選択して第２の受光結果を取得し、第１の受光結果と第２の受光結果とを用いて、生体情報を取得する生体情報取得装置であって、測定用発光部と測定用受光部とを結ぶ第１の線分は血管の上を通り、測定用発光部とリファレンス用受光部とを結ぶ第２の線分は血管の上を通らず、第１の線分と第２の線分とが成す角の角度が４５°以下である。【選択図】図７

Description

本発明は、生体情報取得装置及び生体情報取得方法に関する。

従来、血管や血管中の血液に関する生体情報を取得する生体情報取得装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、照射位置に存在する発光素子から照射された光を、（ｉ）測定用受光位置に存在する受光素子が取得した受光結果と、（ｉｉ）リファレンス用受光位置に存在するリファレンス用受光素子が取得した受光結果と、を用いて、生体情報を取得する旨が記載されている。

特許文献１及び２の技術において、照射位置と、測定用受光位置と、リファレンス用受光位置との位置関係は、以下のとおりである。つまり、（ｉ）照射位置と測定用受光位置との間の中央部に測定対象の血管部位が位置し、（ｉｉ）照射位置とリファレンス用受光位置との間に測定対象の血管部位が存在しないように位置する。また、リファレンス用受光位置は、照射位置と測定用受光位置とを結ぶ延長線上であって、照射位置から見て測定用受光位置とは反対側に位置する。

特開２０１５−１４２６６６号公報 特開２０１４−１２４４５５号公報

しかし、特許文献１及び２の技術において、照射位置に対して測定用受光位置とリファレンス用受光位置とが離れている。このため、測定用発光位置から発せられた光が測定用受光位置へ進む光路における生体の構造は、測定用発光位置から発せられた光がリファレンス用へ進む光路における生体の構造と大きく異なる場合があるため、血管に関連した生体情報を得る上では、生体情報を十分な精度で得られない場合がある。このため、血管に関連した生体情報を精度良く取得する技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

（１）本発明の第１の形態によれば、生体情報取得装置が提供される。この生体情報取得装置は、生体へ光を照射する複数の発光部と、前記生体を透過した光を受光する複数の受光部と、前記複数の発光部と前記複数の受光部とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の発光部の少なくとも一つを発光させることにより前記生体の血管の位置を特定し、前記複数の発光部のうち、前記血管から第１の距離だけ離れた発光部を測定用発光部として選択して発光させ、前記測定用発光部から照射された光を、前記複数の受光部のうち、前記測定用発光部から前記第１の距離よりも大きな第２の距離だけ離れた受光部を測定用受光部として選択して第１の受光結果を取得し、前記測定用発光部から照射された光を、前記複数の受光部のうち、前記測定用発光部から前記第２の距離だけ離れた受光部をリファレンス用受光部として選択して第２の受光結果を取得し、前記第１の受光結果と前記第２の受光結果とを用いて、生体情報を取得する生体情報取得装置であって、前記測定用発光部と前記測定用受光部とを結ぶ第１の線分は前記血管の上を通り、前記測定用発光部と前記リファレンス用受光部とを結ぶ第２の線分は前記血管の上を通らず、前記第１の線分と前記第２の線分とが成す角の角度が４５°以下である。
測定用発光部と測定用受光部とを結ぶ第１の線分と、測定用発光部とリファレンス用受光部とを結ぶ第２の線分とが成す角の角度が４５°以下であることにより、測定用発光部により発せられた光が測定用受光部へ進む光路における生体の構造は、リファレンス用発光部により発せられた光がリファレンス用受光部へ進む光路における生体の構造と血管以外の点で近似するため、本実施形態の生体情報取得装置によれば、血管に関連した生体情報を精度良く取得することができる。

（２）上記生体情報取得装置において、受発光領域内において、それぞれ規則的に配列された複数の発光素子及び複数の受光素子を有するセンサーモジュールを備え、前記制御部は、前記受発光領域の一部の領域として、一定の形状及びサイズを有する発光領域を選択し、前記発光領域内の複数の発光素子を前記測定用発光部として発光させてもよい。
一つの発光部が、より小さな複数の発光素子の集合で形成されるので、発光部の位置を小さな発光素子のピッチの単位で選択することができるため、本実施形態の生体情報取得装置によれば、発光部を選択する自由度が向上する。また、一つの発光部が一つの発光素子で形成されている場合と比較して、本実施形態の生体情報取得装置は、十分な発光強度を得ることができる。この結果として、本実施形態の生体情報取得装置によれば、血管に関連した生体情報を精度良く取得することができる。

（３）上記生体情報取得装置において、受発光領域内において、それぞれ規則的に配列された複数の発光素子及び複数の受光素子を有するセンサーモジュールを備え、前記制御部は、前記受発光領域の一部の領域として、一定の形状及びサイズを有する第１受光領域及び第２受光領域を選択し、前記第１受光領域内の複数の受光素子を前記測定用受光部として受光させるとともに、前記第２受光領域内の複数の受光素子を前記リファレンス用受光部として受光させてもよい。
一つの受光部が、より小さな複数の受光素子の集合で形成されるので、受光部の位置を小さな受光素子のピッチの単位で選択することができるため、本実施形態の生体情報取得装置によれば、受光部を選択する自由度が向上する。また、一つの受光部が一つの受光素子で形成されている場合と比較して、本実施形態の生体情報取得装置は、十分な受光強度を得ることができる。この結果として、本実施形態の生体情報取得装置によれば、血管に関連した生体情報を精度良く取得することができる。

（４）上記生体情報取得装置において、前記生体情報は、前記生体の血液中のグルコース濃度を含んでもよい。
本実施形態の生体情報取得装置によれば、血液中のグルコース濃度を取得することができる。

（５）上記生体情報取得装置において、前記生体情報は、前記生体の血液中の酸素飽和度を含んでもよい。
本実施形態の生体情報取得装置によれば、血液中の酸素飽和度を取得することができる。

本発明は、上述した形態以外の種々の形態でも実現可能であり、例えば、生体へ光を照射する複数の発光部と、前記生体を透過した光を受光する複数の受光部と、を備える生体情報取得装置により生体情報を取得する生体情報取得方法や、この方法を実現するコンピュータープログラム、及び、コンピュータープログラムを格納する一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態等で実現することが可能である。

第１実施形態における生体情報取得装置の構成を示す模式図。 センサーモジュールの一部を示す平面模式図。 センサーモジュールの構成図。 血管パターン（血管位置）を取得する様子を説明する模式図。 生体画像に基づいて得られる血管パターンの例を示す図。 図５の血管パターンに基づいて得られる測定対象の血管部位の一例。 発光部と受光部との選択について説明する図。 生体組織内での光の伝播を説明する図。 発光部と発光素子との関係及び受光部と受光素子との関係を示す図。 本実施形態における血糖値測定装置の機能構成図。 血管部位データのデータ構成の一例を示す図。 血糖値測定処理の流れを説明するフローチャート。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、第１実施形態における生体情報取得装置１０の構成を示す模式図である。生体情報取得装置１０は、光を用いて使用者２の生体情報を非侵襲に測定する生体情報取得装置である。本実施形態では、生体情報として、使用者２の血液中のグルコース濃度である血糖値を取得する。生体情報取得装置１０は、血糖値測定装置１０とも呼ぶ。生体情報取得装置１０は、腕時計型であり、本体ケース１２と、本体ケース１２を使用者２の手首や腕等の測定部位に装着固定するための固定バンド１４とを備えて構成されるウェアラブル装置（ウェアラブル機器）である。

本体ケース１２の表面（使用者２に装着したときに外向きになる面）には、タッチパネル１６や操作スイッチ１８が設けられている。このタッチパネル１６や操作スイッチ１８を用いて、使用者２が測定開始指示の入力を行ったり、測定結果がタッチパネル１６に表示されたりすることができる。

また、本体ケース１２の側面には、外部装置と通信するための通信装置２０と、メモリーカード２２のリーダーライター２４とが設けられている。通信装置２０は、有線ケーブルを着脱するためのジャックや、或いは、無線通信を行うための無線通信モジュール及びアンテナにより実現される。メモリーカード２２は、フラッシュメモリーや強誘電体メモリー（ＦｅＲＡＭ：Ferroelectric Random Access Memory）、磁気抵抗メモリー（ＭＲＡＭ：Magnetoresistive Random Access Memory）等のデータ書き換えが可能な不揮発性メモリーである。

また、本体ケース１２の裏面には、センサーモジュール５０が使用者２の皮膚面に接触可能に設けられている。センサーモジュール５０は、使用者２の皮膚面に測定光を照射し、使用者２の体を透過もしくは反射した光を受光する測定用のデバイスであり、光源内蔵の薄型イメージセンサーとなっている。

更に、本体ケース１２には、充電式のバッテリー２６と、制御基板３０と、が内蔵され
ている。バッテリー２６への充電方式としては、本体ケース１２の背面側に電気接点を設
け、家庭用電源に接続されたクレードルにセットし、電気接点を介してクレードル経由で
充電される構成でも良いし、無線式充電でも良い。

制御基板３０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メインメモリーと、測定データ用メモリーと、タッチパネルコントローラーと、センサーモジュールコントローラーとが搭載されている。メインメモリーは、プログラムや初期設定データを格納したり、ＣＰＵの演算値を格納することができる記憶媒体であり、ＲＡＭやＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー等で実現される。なお、プログラムや初期設定データ、メモリーカード２２に記憶されている構成でも良い。測定データ用メモリーは、測定データを記憶するための記憶媒体であり、フラッシュメモリーや強誘電体メモリー（ＦｅＲＡＭ）、磁気抵抗メモリー（ＭＲＡＭ）等のデータ書き換え可能な不揮発性メモリーによって実現される。なお、測定データをメモリーカード２２に記憶する構成でも良い。

図２及び図３は、センサーモジュール５０の構成図である。図２はセンサーモジュール５０の一部を示す平面模式図であり、図３はセンサーモジュール５０の断面模式図である。図２に示すように、センサーモジュール５０は、その受発光領域内において、それぞれ規則的に配列された複数の発光素子５３及び複数の受光素子５９を有する。ここで、受発光領域とは、複数の発光素子５３及び受光素子５９を包含する領域をいう。

図３に示すように、センサーモジュール５０は、多数の発光素子５３を平面状に二次元配列した発光層５２と、受光層５８へ向かう光以外を選択的に遮断する遮光層５４と、近赤外線を選択的に透過させる分光層５６と、多数の受光素子５９を平面状に二次元配列した受光層５８とを積層して構成された光学センサーである。そして、このセンサーモジュール５０は、正面側（発光層５２の側の面）が使用者２の皮膚面に向くように、本体ケース１２の裏面側に設けられている。

発光素子５３は、生体へ光を照射する部位であり、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＯＬＥＤ（Organic light-emitting diode）等により実現される。本実施形態では、血糖値（血液中のグルコース濃度）を測定するため、発光素子５３は、皮下透過性を有する近赤外線を含む光を発光可能な素子とする。

受光素子５９は、生体を透過又は反射した光を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する部位であり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device Image Sensor）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）等の撮像素子で実現される。また、１つの受光素子５９は、検量に必要な各波長成分を受光する複数の素子を含む。

図２に示すように、発光素子５３及び受光素子５９は、共通のＸｓ−Ｙｓ直交座標系で定義されるマトリクス状に配置されている。そして、発光素子５３と受光素子５９とは、それぞれにおけるＸｓ，Ｙｓ軸方向それぞれの配置間隔が同一であるが、Ｘｓ−Ｙｓ平面において互い違いとなるように配置される。すなわち、発光素子５３と受光素子５９とのＸｓ，Ｙｓ軸方向の位置が、互いに所定長だけずれるように配列されている。

なお、発光素子５３及び受光素子５９それぞれの配置間隔は、適宜設定可能である。例えば、配置間隔は、１〜５００μｍとすると好適であり、製造コストと測定精度との兼ね合いから、例えば５０〜２００μｍとすることもできる。また、発光素子５３と受光素子５９とが積層された構成に限らず、発光素子５３と受光素子５９とが並置されていてもよい。

Ａ２．測定原理：
（Ａ）血糖値の測定
本実施形態における血糖値の測定原理について説明する。測定にあたり、血糖値測定装置１０は、センサーモジュール５０が使用者２の皮膚面に密着するようにして固定バンド１４で固定される。センサーモジュール５０を皮膚面に密着させることで、測定光の皮膚面での反射や皮膚面付近での散乱といった測定精度を下げる要因を抑制することができる。そして、センサーモジュール５０の直下の生体組織内における血管を測定対象として設定し、測定光がこの血管を透過した透過光を含む光を受光して吸光スペクトルを求め、血糖値を推定演算する。

（Ａ−１）血管パターンの取得
具体的には、先ず、皮膚面から見た血管パターン（血管位置）を取得する。血管パターンの取得は、公知の静脈認証技術における静脈パターン検出と同様に実現することができる。

図４は、血管パターン（血管位置）を取得する様子を説明する模式図である。図４に示すように、センサーモジュール５０の発光素子５３を一斉発光させ、使用者２の皮膚面に測定光を照射する。そして、全ての受光素子５９を用いて、測定光が生体組織を透過した光（透過光）や、生体組織で反射した光（反射光）を受光すなわち撮影して、生体画像を取得する。なお、生体画像の取得の際に、センサーモジュール５０の一部の発光素子５３のみを発光させてもよい。

血管は非血管部よりも近赤外線を吸収し易いため、取得された生体画像において、血管の部分は非血管の部分よりも輝度が低く暗くなる。このため、生体画像において輝度が低くなっている部分を抽出することで、血管パターンを抽出することができる。すなわち、生体画像を構成するピクセル毎に、その輝度が所定の閾値以下であるか否かによって、該当する受光素子５９の直下に血管が存在するか否か、すなわち血管の位置を取得することができる。

図５は、生体画像に基づいて得られる血管パターンＰ４の例を示す図である。血管パターンＰ４は、生体画像を構成するピクセル毎、すなわち受光素子５９の位置毎に、血管であるか非血管領域であるかを示した情報である。図５では、網掛けした帯状の部分が血管４であり、それ以外の白抜きされた部分が非血管領域８として抽出されている。

（Ａ−２）測定対象の血管部位の選択
血管パターンを取得したならば、続いて、測定対象とする血管（より具体的には血管部位）を選択する。測定対象とする血管部位を、次の選択条件を満たすように選択する。選択条件とは、「血管の分岐部分や合流部分、画像の端部以外の部位であり、且つ、血管長手方向において所定の長さ及び所定の幅を有する」ことである。

血管の分岐・合流部分５ａ（図５参照）では、受光光に、測定対象以外の血管を通過した光が混合する可能性がある。測定対象の血管部位以外の血管の透過光は、測定対象の血管部位の吸光スペクトルに影響を及ぼし、測定精度が低下する可能性がある。このため、血管の分岐・合流部分５ａを除いた血管部分から測定対象の血管部位を選択することとする。

また、生体画像の端部５ｂ（図５参照）では、画像の外側近傍の血管の分岐や合流といった構造が不明であるため、上述と同様の理由による測定精度の低下の可能性がある。これを避けるために、画像端部５ｂを除いた血管部分から測定対象の血管部位を選択することとする。

発光素子５３からの照射光は、生体組織内を拡散反射し、その一部が受光素子５９にて受光される。つまり、受光素子５９にて受光される光の一部が対象血管の透過光となるが、この透過光の割合が高いほど、対象血管の血中成分の特徴をより顕著に表した吸光スペクトルとなり得る。すなわち、測定精度が高くなる。

比較的細く写っている血管（幅方向の長さが短い血管）は、本来的に細い血管であるか、比較的深い位置にある血管である。こういった血管では透過光の光量が少なくなり、測定精度の低下が生じ得る。このため、細く写った血管を除いた血管部分（すなわち、所定の幅を有する血管部位）から、測定対象の血管部位を選択することとする。

そして、図６は、図５の血管パターンＰ４に基づいて得られる測定対象の血管部位６の一例である。図６において、血管４のうち、斜線でハッチングされた部分が、測定対象として選択された血管部位６である。

（Ａ−３）発光部及び受光部の選択
続いて、発光部Ｌと受光部Ｓとを選択する。

図７は、発光部Ｌと受光部Ｓとの選択について説明する図である。本実施形態において、（ｉ）血管から距離Ｘ（第１の距離）だけ離れた発光部Ｌを、測定用発光部Ｌｄとして選択する。ここで、「血管から距離Ｘだけ離れた発光部Ｌ」とは、発光部Ｌの中心が血管の境界線から距離Ｘ±１０％の距離だけ離れたことを意味する。

また、（ｉｉ）測定用発光部Ｌｄから距離Ｘよりも大きな距離Ｗ（第２の距離）だけ離れた受光部Ｓを、測定用受光部Ｓｄとして選択し、同様に、（ｉｉｉ）測定用発光部Ｌｄから距離Ｗだけ離れた受光部Ｓを、リファレンス用受光部Ｓｒとして選択する。ここで、「測定用発光部Ｌｄから距離Ｗだけ離れた受光部Ｓ」とは、受光部Ｓの中心が測定用発光部Ｌｄの中心から距離Ｗ±１０％の距離だけ離れたことを意味する。

測定用発光部Ｌｄと測定用受光部Ｓｄとを結ぶ第１の線分Ｎ１は、血管の上を通り、測定用発光部Ｌｄとリファレンス用受光部Ｓｒとを結ぶ第２の線分Ｎ２は、血管の上を通らない。ここで、「第１の線分Ｎ１」とは、測定用発光部Ｌｄの中心と測定用受光部Ｓｄの中心とを結ぶ線分を意味し、「第１の線分Ｎ１は、血管の上を通る」とは、第１の線分Ｎ１は、血管の中心線を通過し、かつ、血管の幅方向の境界線を２度跨ぐことを意味する。また、「第２の線分Ｎ２」とは、測定用発光部Ｌｄの中心とリファレンス用受光部Ｓｒの中心とを結ぶ線分を意味し、「第２の線分Ｎ２は、血管の上を通らない」とは、第２の線分Ｎ２は、血管の境界線を一度も跨がないことを意味する。

また、第１の線分Ｎ１と第２の線分Ｎ２とが成す角の角度θが４５°以下である。ここで、角度θは、劣角の角度を意味する。本実施形態において、角度θは３０°である。なお、上述の距離Ｗは、次のように定められる。

図８は、生体組織内での光の伝播を説明する図であり、深さ方向に沿った断面図を示している。ある発光部Ｌから照射された光は、生体組織内を拡散反射し、照射された光の一部がある受光部Ｓに到達する。その光の伝播経路は、いわゆるバナナ形状（２つの弧で挟まれた領域）を成し、略中央付近で深さ方向の幅が最も広くなるとともに、発光素子５３と受光素子５９との間隔に応じて全体の深さ（到達可能な深さ）が深くなる。

測定精度を高めるには、血管４を透過したより多くの透過光が受光部Ｓで受光されることが望ましい。このことから、発光部Ｌと受光部Ｓとの下方に対象血管４が位置することが好ましく、対象血管４の想定する深さＤに応じた所定距離Ｗが定められる。所定距離Ｗ、すなわち発光部Ｌと受光部Ｓとの間の最適な間隔Ｗは、血管４の皮膚面からの深さＤの約２倍の距離とする。例えば、深さＤを３ｍｍ程度とすると、最適距離Ｗは５〜６ｍｍ程度となる。次に、発光部Ｌと発光素子５３との関係及び受光部Ｓと受光素子５９との関係について説明する。

図９は、発光部Ｌと発光素子５３との関係及び受光部Ｓと受光素子５９との関係を示す図である。本実施形態における発光部Ｌは、発光領域Ｒ１内の複数の発光素子５３から形成されている。発光領域Ｒ１は、センサーモジュール５０の受発光領域のうちの一部の領域であり、一定の形状及びサイズを有する領域をいう。本実施形態では、発光領域Ｒ１を、縦（Ｙｓ方向）に３つの発光素子５３が入り、横（Ｘｓ方向）に３つの発光素子５３とが入る領域とし、発光領域Ｒ１内の全ての発光素子５３を発光部Ｌとして発光させる。本実施形態において、センサーモジュール５０は、縦（Ｙｓ方向）に３つより多い発光素子５３を備え、かつ、横（Ｘｓ方向）に３つより多い発光素子５３を備える。このため、センサーモジュール５０の受発光領域には複数の発光部Ｌが存在することとなる。そして、複数の発光部Ｌから測定用発光部Ｌｄが選択される。測定用発光部Ｌｄとして発光させる複数の発光素子５３が含まれる領域を第１発光領域とも呼ぶ。測定用発光部Ｌｄを構成する第１発光領域は、その全体が血管の上方の外側にあることが好ましい。

なお、一定の形状及びサイズを有する発光領域は、例えば、発光素子１つ分の領域としてもよい。この場合、この領域内の１つの発光素子５３が発光部Ｌとなる。また、発光領域Ｒ１内の全ての発光素子５３を発光させなくてもよい。

同様に、本実施形態における受光部Ｓは、受光領域Ｒ２内の複数の受光素子５９から形成されている。受光領域Ｒ２は、センサーモジュール５０の受発光領域のうちの一部の領域であり、一定の形状及びサイズを有する領域をいう。本実施形態では、受光領域Ｒ２を、縦（Ｙｓ方向）に３つの受光素子５９が入り、横（Ｘｓ方向）に３つの受光素子５９とが入る領域とし、受光領域Ｒ２内の全ての受光素子５９を受光部Ｓとして受光させる。本実施形態において、センサーモジュール５０は、縦（Ｙｓ方向）に３つより多い受光素子５９を備え、かつ、横（Ｘｓ方向）に３つより多い受光素子５９を備える。このため、センサーモジュール５０の受発光領域には複数の受光部Ｓが存在することとなる。そして、複数の受光部Ｓから測定用受光部Ｓｄまたはリファレンス用受光部Ｓｒが選択される。測定用受光部Ｓｄとして受光させる複数の受光素子５９が含まれる領域を第１受光領域とも呼び、リファレンス用受光部Ｓｒとして発光させる複数の受光素子５９が含まれる領域を第２受光領域とも呼ぶ。測定用受光部Ｓｄを構成する第１受光領域は、その全体が血管の上方の外側にあることが好ましい。同様に、リファレンス用受光部Ｓｒを構成する第２受光領域は、その全体が血管の上方の外側にあることが好ましい。

なお、一定の形状及びサイズを有する受光領域Ｒ２について、例えば、受光素子５９が１つ分の領域としてもよい。この場合、この受光領域Ｒ２内の１つの受光素子５９が受光部Ｓとなる。また、受光領域Ｒ２内の全ての受光素子５９を受光させなくてもよい。

（Ａ−４）測定
測定対象の血管部位６に対する測定用発光部Ｌｄ、測定用受光部Ｓｄ、及びリファレンス用受光部Ｓｒを選択すると、血糖値の測定を行う。具体的には、測定用発光部Ｌｄを発光させ、（ｉ）その光の測定用受光部Ｓｄからの受光結果Ｑ１（「第１の受光結果Ｑ１」と呼ぶ）、及び（ｉｉ）その光のリファレンス用受光部Ｓｒからの受光結果Ｑ２（「第２の受光結果Ｑ２」と呼ぶ）を取得する。そして、受光結果Ｑ１と受光結果Ｑ２とを用いて、吸光スペクトルを生成する。

このとき、例えば発光部Ｌによる発光光の波長を変化させることで皮膚面への照射光の波長λを近赤外領域内で変化させて、波長λ毎の血管部位６の透過率を求める。透過率Ｔ（λ）は、測定用受光部Ｓｄによって得られた光強度Ｏｓ（λ）と、リファレンス用受光部Ｓｒによって得られた光強度Ｏｒ（λ）とから、Ｔ（λ）＝Ｏｓ（λ）／Ｏｒ（λ）、として得られる。そして、この透過率から吸光率を求めて吸光スペクトルを生成する。

ここで、透過率の算出原理について簡単に説明する。一般的に、発光部Ｌによる照射光の強度をＰ（λ）、照射光が透過した物体部分の透過率をＴ（λ）、受光部Ｓに定められている感度をＳ（λ）とすると、受光部Ｓで得られる光強度Ｏ（λ）は、Ｏ（λ）＝Ｐ（λ）・Ｔ（λ）・Ｓ（λ）、で与えられる。

この関係式より、血管４の透過光を含まないリファレンス用受光部Ｓｒで得られる光強度Ｏｒ（λ）は、非血管領域部分の透過率Ｔ（λ）を「１」と仮定すると、Ｏｒ（λ）＝Ｐ（λ）・Ｓ（λ）、となる。

また、血管４の透過光を含む測定用受光部Ｓｄで得られる光強度Ｏｓ（λ）は、Ｏｓ（λ）＝Ｐ（λ）・Ｔ（λ）・Ｓ（λ）、となる。この２つの式から、透過率Ｔ（λ）が求められる。また、この透過率Ｔ（λ）は、非血管領域８の透過率に対する相対的な値となる。

（Ａ−５）血糖値の算出
続いて、吸光スペクトルに基づき、予め定められた血糖値（血液中のグルコース濃度）と吸光度との関係を示す検量線を用いて、血糖値の推定算出を行う。なお、この吸光スペクトルから所定成分（本実施形態ではグルコース）の濃度を算出する技術自体は公知であり、本実施形態ではその公知技術を適用可能である。

Ａ３．機能構成：
図１０は、本実施形態における血糖値測定装置１０の機能構成図である。血糖値測定装置１０は、機能的には、操作入力部１１０と、表示部１２０と、音出力部１３０と、通信部１４０と、照射部２１０と、撮像部２２０と、制御部３００と、記憶部４００とを備えて構成される。

操作入力部１１０は、ボタンスイッチやタッチパネル、各種センサー等の入力装置であり、なされた操作に応じた操作信号を制御部３００に出力する。この操作入力部１１０によって、血糖値の測定開始指示等の各種指示入力が行われる。図１では、操作スイッチ１８やタッチパネル１６がこれに該当する。

表示部１２０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置であり、制御部３００からの表示信号に基づく各種表示を行う。この表示部１２０に、測定結果等が表示される。図１では、タッチパネル１６がこれに該当する。

音出力部１３０は、スピーカー等の音出力装置であり、制御部３００からの音信号に基づく各種音出力を行う。この音出力部１３０によって、血糖値の測定開始や測定終了、低血糖値発生等の報知音が出力される。

通信部１４０は、無線通信機やモデム、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等の通信装置であり、通信回線と接続して外部との通信を実現する。図１では、通信装置２０がこれに該当する。

照射部２１０は、平面状に二次元配列された多数の発光素子５３を有する。図２に示すセンサーモジュール５０の発光層５２がこれに該当する。この照射部２１０の配置位置（具体的には、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系における各発光素子５３の位置座標）については、発光素子リスト４０６として記憶されている。

撮像部２２０は、平面状に二次元配列された多数の受光素子５９を有する。図２に示すセンサーモジュール５０の受光層５８がこれに該当する。この撮像部２２０の配置位置（具体的には、Ｘｓ−Ｙｘ直交座標系における各受光素子５９の位置座標）については、受光素子リスト４０８として記憶されている。

制御部３００は、例えばＣＰＵやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路：Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣメモリー等の電子部品によって実現され、所定のプログラムやデータ、操作入力部１１０からの操作信号に基づいて各種の演算処理を実行して、血糖値測定装置１０の動作を制御する。図１では、制御基板３０がこれに該当する。また、制御部３００は、血糖値測定部３１０と、照射制御部３４２と、撮像制御部３４４とを有する。照射制御部３４２は、複数の発光素子５３それぞれを選択的に発光制御する。撮像制御部３４４は、複数の受光素子５９それぞれから受光した光量を取得する。

血糖値測定部３１０は、生体画像取得部３１４と、血管パターン取得部３１６と、血管部位選択部３１８と、受発光部選択部３２０と、吸光スペクトル算出部３２４と、成分値算出部３２６とを有し、使用者２の血液中のグルコース濃度すなわち血糖値の測定を行う。

生体画像取得部３１４は、使用者２の生体画像の取得を行う。生体画像の取得は、公知の静脈認証技術等における生体画像の撮影技術を適宜利用することで実現する。すなわち、発光素子５３を一斉発光させ、全ての受光素子５９による測光（撮影）を行う。そして、測光結果による輝度画像、すなわち生体画像を生成する。生体画像取得部３１４によって取得された生体画像は、生体画像データ４１４として記憶される。

血管パターン取得部３１６は、生体画像取得部３１４によって取得された生体画像に対する所定の画像処理を行って、血管パターンを取得する。具体的には、公知の静脈認証技術における生体画像から静脈パターンを識別する技術を適宜利用することで実現する。例えば、生体画像のピクセル毎に、基準輝度と比較して２値化やフィルター処理を施す。基準輝度未満のピクセルが血管、基準輝度以上のピクセルが非血管領域を示すことになる。血管パターン取得部３１６によって取得された血管パターンは、血管パターンデータ４１６として記憶される。

血管部位選択部３１８は、血管パターン取得部３１６によって取得された血管パターンに基づいて、所定の選択条件を示す血管部位６を測定対象として選択する。ここで、測定対象とする血管部位６は、１つであっても良いし複数としても良い。測定対象として選択された血管部位６それぞれについては、血管部位データ４１８として記憶される。

図１１は、血管部位データ４１８のデータ構成の一例を示す図である。血管部位データ４１８は、当該血管部位の識別情報である血管部位ＩＤ４１８ａと、部位ピクセルリスト４１８ｂと、中心線位置情報４１８ｃと、血管長手方向の長さである部位長４１８ｄと、測定用発光部データ４１８ｅと、測定用受光部データ４１８ｆと、リファレンス用受光部データ４１８ｇとを格納している。部位ピクセルリスト４１８ｂは、当該血管部位に対応するピクセル（すなわち、受光素子５９）の一覧である。中心線位置情報４１８ｃは、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系における当該血管部位の中心線（血管幅方向の中心であり血管長さ方向に沿った線）の位置座標の情報である。

受発光部選択部３２０は、測定対象の血管部位６それぞれについて、上述した条件を満たす測定用発光部Ｌｄ、測定用受光部Ｓｄ、及びリファレンス用受光部Ｓｒを選択する。選択された測定用発光部Ｌｄは、測定用発光部データ４１８ｅとして記憶され、同様に、選択された測定用受光部Ｓｄは、測定用受光部データ４１８ｆとして記憶され、選択されたリファレンス用受光部Ｓｒは、リファレンス用受光部データ４１８ｈとして記憶される。なお、上述する条件を満たす測定用発光部Ｌｄ、測定用受光部Ｓｄ、及びリファレンス用受光部Ｓｒが存在しない場合、第１の線分Ｎ１と第２の線分Ｎ２とが成す角の角度θを４５°よりも小さくした後、同様に上述の条件を満たす測定用発光部Ｌｄ、測定用受光部Ｓｄ、及びリファレンス用受光部Ｓｒを検索及び選択を行う。同様に、それでも上述の条件を満たす測定用発光部Ｌｄ、測定用受光部Ｓｄ、及びリファレンス用受光部Ｓｒが存在しない場合、さらに角度θを小さくした後、同様に上述の条件を満たす測定用発光部Ｌｄ、測定用受光部Ｓｄ、及びリファレンス用受光部Ｓｒを検索及び選択を行う。

吸光スペクトル算出部３２４は、測定対象の血管部位６それぞれについて、吸光スペク
トルを生成する。具体的には、測定用受光部Ｓｄからの第１の受光結果Ｑ１及びリファレンス用受光部Ｓｒからの第２の受光結果Ｑ２をもとに、波長λ毎の透過率Ｔを算出することで、吸光スペクトルを生成する。更に、測定対象の血管部位６が複数有る場合は、これら複数の測定対象の血管部位６それぞれの吸光スペクトルを平均して平均吸光スペクトルを算出する。吸光スペクトル算出部３２４によって算出された吸光スペクトルは、吸光スペクトルデータ４２０として記憶される。

成分値算出部３２６は、吸光スペクトル算出部３２４によって算出された吸光スペクトルに基づいて、目的とする血液成分の血中濃度であるグルコース濃度（すなわち、血糖値）を算出する。本実施形態では、吸光スペクトルを、重回帰分析法、主成分回帰分析法、ＰＬＳ回帰分析法、独立成分分析法等の分析法を用いる。なお、測定対象の血管部位６が複数有る場合には、各血管部位６に係る吸光スペクトルを平均した平均吸光スペクトルから血糖値を算出する。成分値算出部３２６によって算出された血糖値は、測定時刻と対応付けて、測定血糖値データ４２２として蓄積記憶される。

記憶部４００は、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置であり、制御部３００が血糖値測定装置１０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、制御部３００の作業領域として用いられ、制御部３００が実行した演算結果や、操作入力部１１０からの操作データ等が一時的に格納される。図１では、制御基板３０に搭載されるメインメモリーや測定データ用メモリーがこれに該当する。また、記憶部４００には、システムプログラム４０２と、血糖値測定プログラム４０４と、発光素子リスト４０６と、受光素子リスト４０８と、最適距離データ４１０と、生体画像データ４１４と、血管パターンデータ４１６と、血管部位データ４１８と、吸光スペクトルデータ４２０と、測定血糖値データ４２２とが記憶される。

Ａ４．生体情報取得方法：
図１２は、生体情報取得方法としての血糖値測定処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、制御部３００が、血糖値測定プログラム４０４に従った処理を実行することで実現される。

図１２によれば、血糖値測定部３１０が、使用者の血糖値を測定する測定処理を行う。まず、血糖値測定部３１０の生体画像取得部３１４が、センサーモジュール５０の発光面の全面（すなわち、全ての発光素子５３を含む範囲）を発光範囲とし、発光範囲内の発光素子５３を発光させて、使用者の生体画像を取得する（ステップＰ１２０）。続いて、血管パターン取得部３１６が、得られた生体画像に基づいて、皮膚面から見た血管パターンを取得する（ステップＰ１３０）。その結果、血管パターンが得られないならば（ステップＰ１４０：ＮＯ）、ステップＰ１２０に戻る。

血管パターンが得られたならば（ステップＰ１４０：ＹＥＳ）、血管部位選択部３１８が、得られた血管パターンに基づいて、所定の選択条件を満たす測定対象の血管部位６を選択する（ステップＰ１５０）。そして、受発光部選択部３２０が、測定用発光部Ｌｄ、測定用受光部Ｓｄ、及びリファレンス用受光部Ｓｒを選択する（ステップＰ１６０）。次いで、測定用発光部Ｌｄを発光させ（ステップＰ１７０）、選択された測定用受光部Ｓｄにより第１の受光結果Ｑ１を取得し、選択されたリファレンス用受光部Ｓｒにより第２の受光結果Ｑ２を取得する（ステップＰ２１０）。

次いで、吸光スペクトル算出部３２４が、第１の受光結果Ｑ１及び第２の受光結果Ｑ２を用いて、当該血管部位６についての吸光スペクトルを生成する（ステップＰ２２０）。更に、測定対象の血管部位６が複数有る場合には、血管部位６毎の吸光スペクトルを平均した吸光スペクトルを算出する。

その後、成分値算出部３２６が、吸光スペクトルに基づいて、血液中のグルコース濃度すなわち血糖値を算出する（ステップＰ２３０）。そして、算出した血糖値を表示部１２０に表示させるとともに、測定時刻と対応付けて蓄積記憶する（ステップＰ２４０）。所定の待機時間の経過を待機した後（ステップＰ２５０）、ステップＰ１２０に戻り、同様に次回の血糖値の測定を行う。

Ａ５．作用効果：
上述の実施形態によれば、測定用発光部Ｌｄと測定用受光部Ｓｄとを結ぶ第１の線分Ｎ１は血管の上を通り、測定用発光部Ｌｄとリファレンス用受光部Ｓｒとを結ぶ第２の線分Ｎ２は血管の上を通らない。また、測定用発光部Ｌｄと測定用受光部Ｓｄとを結ぶ第１の線分Ｎ１と、測定用発光部Ｌｄとリファレンス用受光部Ｓｒとを結ぶ第２の線分Ｎ２とが成す角の角度θが４５°以下である。このため、測定用発光部Ｌｄにより発せられた光が測定用受光部へ進む光路における生体の構造は、リファレンス用発光部により発せられた光がリファレンス用受光部へ進む光路における生体の構造と血管以外の点で近似する。この結果として、本実施形態の生体情報取得装置によれば、血管に関連した生体情報を精度良く取得することができる。

なお、測定用発光部Ｌｄにより発せられた光が測定用受光部へ進む光路における生体の構造と、リファレンス用発光部により発せられた光がリファレンス用受光部へ進む光路における生体の構造との血管以外の相違点をより少なくする観点から、角度θは、４０°以下が好ましく、３５°以下がより好ましく、３０°以下がさらに好ましい。一方、測定用発光部Ｌｄと測定用受光部Ｓｄとを結ぶ第１の線分Ｎ１の下に存在する血管が、リファレンス用受光部Ｓｒにより取得する第２の受光結果Ｑ２に与える影響を軽減する観点から、角度θは、５°以上が好ましく、１０°以上がより好ましく、１５°以上がさらに好ましい。

また、本実施形態の生体情報取得装置１０において、受発光領域の一部の領域として、一定の形状及びサイズを有する発光領域Ｒ１を選択するとともに、選択された発光領域Ｒ１内の複数の発光素子５３を、測定用発光部Ｌｄとして発光させる。このように、本実施形態における発光部Ｌは、複数の発光素子５３から形成されている。このため、一つの発光部が一つの発光素子で形成されている場合と比較して、本実施形態の生体情報取得装置１０は、十分な発光強度を得ることができる。この結果として、本実施形態の生体情報取得装置１０によれば、生体情報を精度よく取得できる。

同様に、本実施形態の生体情報取得装置１０において、受発光領域の一部の領域として、一定の形状及びサイズを有する受光領域Ｒ２を選択するとともに、選択された受光領域Ｒ２内の複数の受光素子５９を、測定用受光部Ｓｄ又はリファレンス用受光部Ｓｒとして受光させる。このように、本実施形態における受光部Ｓは、複数の受光素子５９から形成されている。このため、一つの受光部が一つの受光素子で形成されている場合と比較して、本実施形態の生体情報取得装置１０は、十分な受光量を得ることができる。この結果として、本実施形態の生体情報取得装置１０によれば、生体情報を精度よく取得できる。

また、本実施形態の生体情報取得装置１０において、一つの発光部Ｌが、より小さな複数の発光素子５３の集合により形成されるので、発光部Ｌの位置を小さな発光素子５３のピッチの単位で選択することができる。このため、本実施形態の生体情報取得装置１０によれば、発光部Ｌを選択する自由度が向上する。

同様に、本実施形態の生体情報取得装置１０において、一つの受光部Ｓが、より小さな複数の受光素子５９の集合により形成されるので、受光部Ｓの位置を小さな受光素子５９のピッチの単位で選択することができる。このため、本実施形態の生体情報取得装置１０によれば、受光部Ｓを選択する自由度が向上する。

Ｂ．変形例：
この発明は前記実施例やその変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｂ１．変形例１：
前記実施形態では、測定用発光部Ｌｄ、測定用受光部Ｓｄ及びリファレンス用受光部Ｓｒ）の選択（ステップＰ１６０）の後、発光部Ｌの発光を行う（ステップＰ１７０）。しかし、本発明はこれに限られない。発光部Ｌの発光後に、受光部Ｓの選択を行っても良い。

Ｂ２．変形例２：
前記実施形態では、生体情報として血糖値を取得する。しかし、本発明はこれに限られない。生体情報として、例えば、使用者である生体の血液中の酸素飽和度を取得してもよい。血液中の酸素飽和度とは、赤血球中のヘモグロビンのうち、酸素と結合しているヘモグロビンの割合のことである。血液中のヘモグロビンは、酸素との結合の有無により赤色光と赤外光の吸光度が異なる。そこで、例えば、赤色光を発光若しくは受光する素子や、赤外光を発光若しくは受光する素子などのような発光波長及び受光波長を異ならせた素子を複数組用いることにより、酸素飽和度を取得することができる。

なお、前述した各実施例および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。

１…発光素子、２…使用者、４…対象血管、５ａ…分岐・合流部分、５ｂ…画像端部、６…血管部位、８…非血管領域、１０…生体情報取得装置、１０Ａ…生体情報取得装置、１２…本体ケース、１４…固定バンド、１６…タッチパネル、１８…操作スイッチ、２０…通信装置、２２…メモリーカード、２４…リーダーライター、２６…バッテリー、３０…制御基板、５０…センサーモジュール、５２…発光層、５３…発光素子、５４…遮光層、５６…分光層、５８…受光層、５９…受光素子、６０…発光範囲、１１０…操作入力部、１２０…表示部、１３０…音出力部、１４０…通信部、２１０…照射部、２２０…撮像部、３００…制御部、３１０…血糖値測定部、３１４…生体画像取得部、３１６…血管パターン取得部、３１８…血管部位選択部、３２０…受発光部選択部、３２４…吸光スペクトル算出部、３２６…成分値算出部、３４２…照射制御部、３４４…撮像制御部、４００…記憶部、４０２…システムプログラム、４０４…血糖値測定プログラム、４０６…発光素子リスト、４０８…受光素子リスト、４１０…最適距離データ、４１４…生体画像データ、４１６…血管パターンデータ、４１８…血管部位データ、４１８ａ…血管部位ＩＤ、４１８ｂ…部位ピクセルリスト、４１８ｃ…中心線位置情報、４１８ｄ…部位長、４１８ｅ…測定用発光部データ、４１８ｆ…測定用受光部データ、４１８ｇ…リファレンス用受光部データ、４２０…吸光スペクトルデータ、４２２…測定血糖値データ、Ｌ…発光部、Ｌｄ…測定用発光部、Ｎ１…第１の線分、Ｎ２…第２の線分、Ｏ…光強度、Ｏｒ…光強度、Ｏｓ…光強度、Ｐ４…血管パターン、Ｑ１…第１の受光結果、Ｑ２…第２の受光結果、Ｒ１…発光領域、Ｒ２…受光領域、Ｓ…発光部、Ｓｄ…測定用受光部、Ｓｒ…リファレンス用受光部、Ｔ…透過率、Ｘ…距離、Ｗ…距離、θ…角度

Claims (6)

1. 生体へ光を照射する複数の発光部と、
   前記生体を透過した光を受光する複数の受光部と、
   前記複数の発光部と前記複数の受光部とを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記複数の発光部の少なくとも一つを発光させることにより前記生体の血管の位置を特定し、
   前記複数の発光部のうち、前記血管から第１の距離だけ離れた発光部を測定用発光部として選択して発光させ、
   前記測定用発光部から照射された光を、前記複数の受光部のうち、前記測定用発光部から前記第１の距離よりも大きな第２の距離だけ離れた受光部を測定用受光部として選択して第１の受光結果を取得し、
   前記測定用発光部から照射された光を、前記複数の受光部のうち、前記測定用発光部から前記第２の距離だけ離れた受光部をリファレンス用受光部として選択して第２の受光結果を取得し、
   前記第１の受光結果と前記第２の受光結果とを用いて、生体情報を取得する生体情報取得装置であって、
   前記測定用発光部と前記測定用受光部とを結ぶ第１の線分は前記血管の上を通り、
   前記測定用発光部と前記リファレンス用受光部とを結ぶ第２の線分は前記血管の上を通らず、
   前記第１の線分と前記第２の線分とが成す角の角度が４５°以下である、生体情報取得装置。
2. 請求項１に記載の生体情報取得装置であって、
   受発光領域内において、それぞれ規則的に配列された複数の発光素子及び複数の受光素子を有するセンサーモジュールを備え、
   前記制御部は、前記受発光領域の一部の領域として、一定の形状及びサイズを有する発光領域を選択し、前記発光領域内の複数の発光素子を前記測定用発光部として発光させる、生体情報取得装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の生体情報取得装置であって、
   受発光領域内において、それぞれ規則的に配列された複数の発光素子及び複数の受光素子を有するセンサーモジュールを備え、
   前記制御部は、
   前記受発光領域の一部の領域として、一定の形状及びサイズを有する第１受光領域及び第２受光領域を選択し、前記第１受光領域内の複数の受光素子を前記測定用受光部として受光させるとともに、前記第２受光領域内の複数の受光素子を前記リファレンス用受光部として受光させる、生体情報取得装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体情報取得装置であって、
   前記生体情報は、前記生体の血液中のグルコース濃度を含む、生体情報取得装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体情報取得装置であって、
   前記生体情報は、前記生体の血液中の酸素飽和度を含む、生体情報取得装置。
6. 生体へ光を照射する複数の発光部と、前記生体を透過した光を受光する複数の受光部と、を備える生体情報取得装置により生体情報を取得する生体情報取得方法であって、
   前記複数の発光部の少なくとも一つを発光させることにより前記生体の血管の位置を特定する工程と、
   前記複数の発光部のうち、前記血管から第１の距離だけ離れた発光部を測定用発光部として選択して発光させる工程と、
   前記測定用発光部から照射された光を、前記複数の受光部のうち、前記測定用発光部から前記第１の距離よりも大きな第２の距離だけ離れた受光部を測定用受光部として選択して第１の受光結果を取得する工程と、
   前記測定用発光部から照射された光を、前記複数の受光部のうち、前記測定用発光部から前記第２の距離だけ離れた受光部をリファレンス用受光部として選択して第２の受光結果を取得する工程と、
   前記第１の受光結果と前記第２の受光結果とを用いて、生体情報を取得する工程、とを備え、
   前記測定用発光部と前記測定用受光部とを結ぶ第１の線分は前記血管の上を通り、
   前記測定用発光部と前記リファレンス用受光部とを結ぶ第２の線分は前記血管の上を通らず、
   前記第１の線分と前記第２の線分とが成す角の角度が４５°以下である、生体情報取得方法。

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