JP2019076539A - Blood flow analysis device, blood flow analysis method, and program - Google Patents

Blood flow analysis device, blood flow analysis method, and program Download PDF

Info

Publication number
JP2019076539A
JP2019076539A JP2017206737A JP2017206737A JP2019076539A JP 2019076539 A JP2019076539 A JP 2019076539A JP 2017206737 A JP2017206737 A JP 2017206737A JP 2017206737 A JP2017206737 A JP 2017206737A JP 2019076539 A JP2019076539 A JP 2019076539A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
blood flow
signal
detection signal
flow analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017206737A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6996224B2 (en
Inventor
雄太 町田
Yuta Machida
雄太 町田
山田 耕平
Kohei Yamada
耕平 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2017206737A priority Critical patent/JP6996224B2/en
Priority to US15/945,882 priority patent/US20180303429A1/en
Publication of JP2019076539A publication Critical patent/JP2019076539A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6996224B2 publication Critical patent/JP6996224B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

To accurately analyze a fluid by reducing influence of shot noise on a detection signal.SOLUTION: A blood flow analysis device comprises: a signal processing unit which performs filtering on a detection signal expressing the strength of laser light having passed through a blood vessel, so that the component of a frequency within a predetermined processing zone is suppressed in comparison with the component of a frequency lower than a frequency at the lower end of the processing band; and an arithmetic processing unit which generates information about a blood flow in the blood vessel, from the filtered signal.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、血液等の流体に関する情報を生成する技術に関する。   The present invention relates to a technology for generating information on fluid such as blood.

生体の血流量を測定する技術が従来から提案されている。例えば特許文献1には、生体の血管を通過した光を受光素子により受光し、その受光強度を表す検出信号のパワースペクトルと周波数の各数値との積を200Hz以上かつ15kHz以下の範囲内で積算することで、生体の血流量を測定する構成が開示されている。   Techniques for measuring blood flow in a living body have been conventionally proposed. For example, in Patent Document 1, light passing through a blood vessel of a living body is received by a light receiving element, and the product of the power spectrum of a detection signal representing the received light intensity and each numerical value of frequency is integrated within a range of 200 Hz to 15 kHz. The structure which measures the blood flow rate of a biological body by doing is disclosed.

特開2012−210321号公報JP, 2012-210321, A

ところで、周波数軸上の広い範囲にわたり均等に分布するショットノイズが、検出信号には不可避的に発生し得る。特許文献1の技術のもとでは、検出信号のパワースペクトルと周波数の各数値との積が積算されるから、周波数が高い範囲ほどショットノイズが強調される。したがって、積算範囲を厳格に選定しないと、血流量を高精度に測定できないという問題がある。なお、以上の説明では血流量の測定に着目したが、血液に代表される各種の流体を解析する多様な場面で同様の問題が想定される。以上の事情を考慮して、本発明の好適な態様は、検出信号におけるショットノイズの影響を低減して、血液等の流体を高精度に解析することを目的とする。   By the way, shot noise that is evenly distributed over a wide range on the frequency axis may inevitably occur in the detection signal. Under the technique of Patent Document 1, the product of the power spectrum of the detection signal and each numerical value of the frequency is integrated, so that the shot noise is emphasized in the higher frequency range. Therefore, there is a problem that blood flow can not be measured with high accuracy unless the integration range is strictly selected. Although the above description focuses on the measurement of blood flow, similar problems are assumed in various situations in which various fluids represented by blood are analyzed. In consideration of the above circumstances, a preferred embodiment of the present invention aims to reduce the influence of shot noise in a detection signal and analyze a fluid such as blood with high accuracy.

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る血流解析装置は、血管を通過したレーザー光の強度を表す検出信号に対し、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるようにフィルター処理を実行する信号処理部と、前記フィルター処理後の信号から、前記血管内の血流に関する情報を生成する演算処理部とを具備する。以上の態様では、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるように検出信号に対するフィルター処理が実行されるから、例えば高周波側において特に支配的となるショットノイズの影響が低減される。したがって、血流に関する情報を高精度に生成することが可能である。   In order to solve the above problems, in the blood flow analysis device according to a preferred aspect of the present invention, a component of a frequency within a predetermined processing band is processed with respect to a detection signal representing the intensity of laser light having passed through a blood vessel. A signal processing unit that performs filtering so as to be suppressed in comparison with components at frequencies lower than the frequency at the lower end of the band, and computation that generates information on blood flow in the blood vessel from the signal after the filtering And a processing unit. In the above aspect, the filtering process is performed on the detection signal so that the component of the frequency in the predetermined processing band is suppressed as compared with the component of the frequency lower than the frequency at the lower end of the processing band. The influence of shot noise, which is particularly dominant on the side, is reduced. Therefore, it is possible to generate information on blood flow with high accuracy.

本発明の好適な態様において、前記演算処理部は、前記フィルター処理後の信号の強度スペクトルにおける各周波数の強度と当該周波数との積を所定の演算範囲について積算することで、前記血流に関する情報を生成し、前記処理帯域と前記演算範囲とは部分的に相互に重複する。強度スペクトルにおける各周波数の強度と当該周波数との積(加重強度)を積算する構成では、強度スペクトルにおける高周波側のショットノイズが強調される。処理帯域と演算範囲とが部分的に相互に重複する本発明の好適な態様によれば、検出信号のうちショットノイズが支配的となる高周波側の帯域の一部を含むように演算範囲を充分に広く確保した場合でも、高周波側のショットノイズの影響が低減される。したがって、血流に関する情報を高精度に生成することが可能である。   In a preferred aspect of the present invention, the arithmetic processing unit integrates information on the blood flow by integrating a product of the intensity of each frequency in the intensity spectrum of the filtered signal and the frequency for a predetermined calculation range. And the processing band and the calculation range partially overlap each other. In the configuration in which the product (weighted intensity) of the intensity of each frequency in the intensity spectrum and the frequency is integrated, shot noise on the high frequency side in the intensity spectrum is emphasized. According to a preferred aspect of the present invention in which the processing band and the calculation range partially overlap with each other, the calculation range is sufficiently set to include a part of the high frequency side band in which the shot noise is dominant in the detection signal. Even if it is widely secured, the influence of the shot noise on the high frequency side is reduced. Therefore, it is possible to generate information on blood flow with high accuracy.

本発明の好適な態様において、前記信号処理部は、前記検出信号に対し、前記所定の処理帯域内で周波数が高い成分ほど抑制されるように前記フィルター処理を実行する。以上の態様では、所定の処理帯域内で周波数が高い成分ほど抑制されるように検出信号に対するフィルター処理が実行されるから、高周波側において特に支配的となるショットノイズの影響が低減されるという効果をより有効に実現できる。   In a preferred aspect of the present invention, the signal processing unit performs the filtering process on the detection signal such that a higher frequency component is suppressed in the predetermined processing band. In the above aspect, the filtering process is performed on the detection signal so that the higher the frequency is within the predetermined processing band, the effect of shot noise that is particularly dominant on the high frequency side is reduced. Can be realized more effectively.

本発明の好適な態様において、前記演算範囲は、第1周波数と前記第1周波数を上回る第2周波数との間の範囲であり、前記処理帯域の下端の周波数は、前記第2周波数を下回る。以上の態様では、処理帯域の下端の周波数が、演算範囲の上端である第2周波数を下回るから、演算範囲が充分に確保されるように第2周波数を高目に設定した場合でも、高周波側のショットノイズの影響が低減される。したがって、血流に関する情報を高精度に生成することが可能である。   In a preferred aspect of the present invention, the calculation range is a range between a first frequency and a second frequency above the first frequency, and the frequency at the lower end of the processing band is below the second frequency. In the above aspect, since the frequency at the lower end of the processing band is lower than the second frequency which is the upper end of the calculation range, the high frequency side is set even when the second frequency is set high to ensure a sufficient calculation range. The impact of shot noise on the Therefore, it is possible to generate information on blood flow with high accuracy.

本発明の好適な態様において、前記処理帯域の下端の周波数は、前記演算範囲の1/2だけ前記第1周波数よりも高い周波数を上回る。以上の態様では、処理帯域の下端の周波数が、演算範囲の1/2だけ第1周波数よりも高い周波数を上回るから、検出信号におけるショットノイズの影響を低減しつつ、血液等の流体を高精度に解析するという前述の効果をより有効に実現できる。   In a preferred aspect of the present invention, the lower end frequency of the processing band exceeds the frequency higher than the first frequency by 1/2 of the calculation range. In the above aspect, since the frequency at the lower end of the processing band exceeds the frequency higher than the first frequency by 1/2 of the calculation range, the influence of the shot noise in the detection signal is reduced, and the fluid such as blood is highly accurate. It is possible to more effectively realize the above-mentioned effect of analyzing into.

本発明の好適な態様において、前記処理帯域の下端の周波数は、前記演算範囲の3/4だけ前記第1周波数よりも高い周波数を下回る。以上の態様では、処理帯域の下端の周波数が、演算範囲の3/4だけ第1周波数よりも高い周波数を下回るから、検出信号におけるショットノイズの影響を低減しつつ、血液等の流体を高精度に解析するという前述の効果をより有効に実現できる。   In a preferred aspect of the present invention, the lower end frequency of the processing band is lower than the higher frequency than the first frequency by 3⁄4 of the calculation range. In the above aspect, since the frequency at the lower end of the processing band falls below the frequency higher than the first frequency by 3⁄4 of the calculation range, the effect of shot noise in the detection signal is reduced, and the fluid such as blood is highly accurate. It is possible to more effectively realize the above-mentioned effect of analyzing into.

本発明の好適な態様において、前記処理帯域の下端の周波数は、前記演算範囲の2/3だけ前記第1周波数よりも高い周波数である。以上の態様では、処理帯域の下端の周波数が、演算範囲の2/3だけ第1周波数よりも高い周波数であるから、検出信号におけるショットノイズの影響を低減しつつ、血液等の流体を高精度に解析するという前述の効果をより有効に実現できる。   In a preferred aspect of the present invention, the lower end frequency of the processing band is higher than the first frequency by 2/3 of the calculation range. In the above aspect, since the frequency at the lower end of the processing band is higher than the first frequency by 2/3 of the calculation range, the influence of shot noise in the detection signal is reduced, and the fluid such as blood is highly accurate. It is possible to more effectively realize the above-mentioned effect of analyzing into.

本発明の好適な態様において、前記処理帯域は、前記信号処理部による前記検出信号の抑制が6dB/Oct以上となる範囲である。以上の態様では、処理帯域において6dB/Octの周波数特性で検出信号が抑制される。したがって、強度スペクトルの周波数毎の強度に対して周波数を乗算することに起因して強調されるショットノイズの影響を効果的に低減することが可能である。   In a preferred aspect of the present invention, the processing band is a range in which the suppression of the detection signal by the signal processing unit is 6 dB / Oct or more. In the above aspect, the detection signal is suppressed with the frequency characteristic of 6 dB / Oct in the processing band. Therefore, it is possible to effectively reduce the effect of shot noise that is emphasized due to the frequency-based intensity of the intensity spectrum being multiplied by the frequency.

本発明の好適な態様に係る血流解析方法は、血管を通過したレーザー光の強度を表す検出信号に対し、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるようにフィルター処理を実行し、前記フィルター処理後の信号から、前記血管内の血流に関する情報を生成する。以上の態様では、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるように検出信号に対するフィルター処理が実行されるから、例えば高周波側において特に支配的となるショットノイズの影響が低減される。したがって、血流に関する情報を高精度に生成することが可能である。   In the blood flow analysis method according to a preferred aspect of the present invention, the frequency component in the predetermined processing band is lower than the frequency at the lower end of the processing band with respect to the detection signal representing the intensity of the laser light passing through the blood vessel. The filter processing is performed to be suppressed as compared with the components of the above, and the information on the blood flow in the blood vessel is generated from the filtered signal. In the above aspect, the filtering process is performed on the detection signal so that the component of the frequency in the predetermined processing band is suppressed as compared with the component of the frequency lower than the frequency at the lower end of the processing band. The influence of shot noise, which is particularly dominant on the side, is reduced. Therefore, it is possible to generate information on blood flow with high accuracy.

本発明の好適な態様に係るプログラムは、血管を通過したレーザー光の強度を表す検出信号に対し、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるようにフィルター処理を実行する信号処理部、および、前記フィルター処理後の信号から、前記血管内の血流に関する情報を生成する演算処理部としてコンピューターを機能させる。以上の態様では、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるように検出信号に対するフィルター処理が実行されるから、例えば高周波側において特に支配的となるショットノイズの影響が低減される。したがって、血流に関する情報を高精度に生成することが可能である。   A program according to a preferred aspect of the present invention is that a component of a frequency within a predetermined processing band is lower than a frequency of a lower end of the processing band with respect to a detection signal representing the intensity of laser light having passed through a blood vessel. A computer is functioned as a signal processing unit that executes a filtering process so as to be suppressed by comparison and an arithmetic processing unit that generates information on the blood flow in the blood vessel from the signal after the filtering process. In the above aspect, the filtering process is performed on the detection signal so that the component of the frequency in the predetermined processing band is suppressed as compared with the component of the frequency lower than the frequency at the lower end of the processing band. The influence of shot noise, which is particularly dominant on the side, is reduced. Therefore, it is possible to generate information on blood flow with high accuracy.

本発明の第1実施形態に係る血流解析装置の側面図である。It is a side view of the blood flow analysis device concerning a 1st embodiment of the present invention. 血流解析装置の機能に着目した構成図である。It is the block diagram which paid its attention to the function of a blood flow analysis device. 受光部および出力回路に着目した構成図である。It is the block diagram which paid its attention to the light-receiving part and the output circuit. 演算処理部の動作を例示するフローチャートである。5 is a flowchart illustrating the operation of the arithmetic processing unit. 信号処理部によるフィルター処理の周波数特性である。It is a frequency characteristic of the filter processing by a signal processing part. 処理帯域の下端の周波数に着目した説明図である。It is explanatory drawing which paid its attention to the frequency of the lower end of a process zone. 検出信号の強度スペクトルである。It is an intensity spectrum of a detection signal. 対比例におけるショットノイズの問題の説明図である。It is explanatory drawing of the problem of the shot noise in a comparative example. 第1実施形態による効果の説明図である。It is explanatory drawing of the effect by 1st Embodiment. 処理帯域の下端周波数を特定する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to specify the lower end frequency of a process zone. 処理帯域の下端周波数を求める例を示す図である。It is a figure which shows the example which calculates | requires the lower end frequency of a process zone. 第2実施形態における受光部および出力回路に着目した構成図である。It is the block diagram which paid its attention to the light-receiving part and output circuit in 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る血流解析装置の使用例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the usage example of the blood flow analyzer which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る血流解析装置の他の使用例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other usage example of the blood-flow analysis apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 処理帯域の下端の周波数に関する補足における周波数スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the frequency spectrum in the supplement regarding the frequency of the lower end of a process zone. 処理帯域の下端の周波数に関する補足における周波数スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the frequency spectrum in the supplement regarding the frequency of the lower end of a process zone. 処理帯域の下端の周波数に関する補足における周波数スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the frequency spectrum in the supplement regarding the frequency of the lower end of a process zone. 変形例における受光部および出力回路の着目した構成図である。It is the block diagram which paid its attention to the light-receiving part and output circuit in a modification. 変形例における信号処理部によるフィルター処理の周波数特性である。It is a frequency characteristic of the filter process by the signal processing part in a modification. 変形例における信号処理部によるフィルター処理の周波数特性である。It is a frequency characteristic of the filter process by the signal processing part in a modification. 変形例における血流解析装置の構成図である。It is a block diagram of the blood-flow analysis apparatus in a modification. 変形例における血流解析装置の構成図である。It is a block diagram of the blood-flow analysis apparatus in a modification. 変形例における血流解析装置の構成図である。It is a block diagram of the blood-flow analysis apparatus in a modification.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る血流解析装置100の側面図である。第1実施形態の血流解析装置100は、被験者(生体の例示)の血管内の血流に関する情報(以下「血流情報」という)を非侵襲的に生成する生体測定機器であり、被験者の身体のうち測定対象となる部位(以下「測定部位」という)Mに装着される。第1実施形態の血流解析装置100は、図1に例示される通り、筐体部12とベルト14とを具備する腕時計型の携帯機器である。すなわち、測定部位Mの例示である手首にベルト14を巻回することで、血流解析装置100は被験者の手首に装着される。第1実施形態の血流情報は、被験者の血流速度(例えば単位時間内に赤血球が動脈内を移動する距離)を血流情報として生成する。
First Embodiment
FIG. 1 is a side view of a blood flow analysis device 100 according to a first embodiment of the present invention. The blood flow analysis device 100 according to the first embodiment is a biometric device that non-invasively generates information (hereinafter referred to as “blood flow information”) regarding blood flow in a blood vessel of a subject (exemplary living body). It is mounted on a site (hereinafter referred to as “measurement site”) M to be measured in the body. The blood flow analysis device 100 according to the first embodiment is, as illustrated in FIG. 1, a wristwatch-type portable device including a housing 12 and a belt 14. That is, by winding the belt 14 around the wrist, which is an example of the measurement site M, the blood flow analysis device 100 is attached to the wrist of the subject. The blood flow information of the first embodiment generates the blood flow velocity of the subject (for example, the distance that the red blood cells move in the artery within a unit time) as the blood flow information.

図2は、血流解析装置100の機能に着目した構成図である。図2に例示される通り、第1実施形態の血流解析装置100は、制御装置20と記憶装置22と表示装置24と検出装置30とを具備する。制御装置20および記憶装置22は、筐体部12の内部に設置される。図1に例示される通り、表示装置24(例えば液晶表示パネル)は、例えば筐体部12における測定部位Mとは反対側の表面に設置され、測定結果を含む各種の画像を制御装置20による制御のもとで表示する。   FIG. 2 is a block diagram focusing on the function of the blood flow analysis device 100. As illustrated in FIG. 2, the blood flow analysis device 100 according to the first embodiment includes a control device 20, a storage device 22, a display device 24, and a detection device 30. The control device 20 and the storage device 22 are installed inside the housing 12. As illustrated in FIG. 1, the display device 24 (for example, a liquid crystal display panel) is installed, for example, on the surface of the housing 12 opposite to the measurement site M, and various images including measurement results are Display under control.

図2の検出装置30は、測定部位Mの状態に応じた検出信号Sdを生成する光学センサーモジュールである。図2に例示される通り、第1実施形態の検出装置30は、発光部31と受光部32と駆動回路33と出力回路34とを具備する。発光部31および受光部32は、例えば筐体部12において測定部位Mに対向する位置(典型的には測定部位Mに接触する表面)に設置される。なお、駆動回路33および出力回路34の一方または双方を検出装置30とは別体の外部回路として設置することも可能である。   The detection device 30 of FIG. 2 is an optical sensor module that generates a detection signal Sd according to the state of the measurement site M. As illustrated in FIG. 2, the detection device 30 according to the first embodiment includes a light emitting unit 31, a light receiving unit 32, a drive circuit 33, and an output circuit 34. The light emitting unit 31 and the light receiving unit 32 are installed, for example, at a position facing the measurement site M (typically, a surface in contact with the measurement site M) in the housing 12. It is also possible to install one or both of the drive circuit 33 and the output circuit 34 as an external circuit separate from the detection device 30.

発光部31は、測定部位Mに光を照射する光源である。第1実施形態の発光部31は、狭帯域でコヒーレントなレーザー光を測定部位Mに照射する。例えば共振器内の共振によりレーザー光を出射するVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)等の発光素子が発光部31として好適に利用される。第1実施形態の発光部31は、例えば近赤外域内の所定の波長λ(λ=800nm〜1300nm)の光を測定部位Mに照射する。図2の駆動回路33は、制御装置20による制御のもとで発光部31を発光させる。なお、相異なる波長の光を出射する複数の発光素子を発光部31として利用することも可能である。また、発光部31が出射する光の波長λは近赤外域に限定されない。   The light emitting unit 31 is a light source for irradiating the measurement site M with light. The light emitting unit 31 of the first embodiment irradiates the measurement site M with a narrow band coherent laser beam. For example, a light emitting element such as a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER) that emits laser light due to resonance in a resonator is suitably used as the light emitting unit 31. The light emitting unit 31 according to the first embodiment irradiates the measurement site M, for example, light of a predetermined wavelength λ (λ = 800 nm to 1300 nm) in the near infrared range. The drive circuit 33 of FIG. 2 causes the light emitting unit 31 to emit light under the control of the control device 20. It is also possible to use a plurality of light emitting elements emitting light of different wavelengths as the light emitting unit 31. Further, the wavelength λ of the light emitted from the light emitting unit 31 is not limited to the near infrared region.

発光部31から出射して測定部位Mに入射した光は、測定部位Mの内部で反射および散乱を繰返したうえで筐体部12側に出射して受光部32に到達する。具体的には、測定部位Mの内部に存在する動脈(例えば橈骨動脈または尺骨動脈)等の血管と血管内の血液とを通過した光が受光部32に到達する。受光部32は、測定部位Mから到来する光を受光する。第1実施形態の受光部32は、測定部位Mから到達する光の強度を表す検出信号Saを生成する。例えば、図3に例示される通り、受光強度に応じた電荷を発生するフォトダイオード(PD:Photo Diode)等の受光素子321が受光部32として好適に利用される。検出信号Saは、測定部位Mからの受光強度に応じたアナログの電流信号である。以上の説明から理解される通り、第1実施形態の検出装置30は、発光部31と受光部32とが測定部位Mに対して片側に位置する反射型の光学センサーである。   The light emitted from the light emitting unit 31 and incident on the measurement site M repeats reflection and scattering inside the measurement site M, and then emits toward the housing 12 side to reach the light receiving unit 32. Specifically, light passing through a blood vessel such as an artery (for example, a radial artery or an ulnar artery) present inside the measurement site M and the blood in the blood vessel reaches the light receiving unit 32. The light receiving unit 32 receives light coming from the measurement site M. The light receiving unit 32 according to the first embodiment generates a detection signal Sa representing the intensity of light arriving from the measurement site M. For example, as illustrated in FIG. 3, a light receiving element 321 such as a photodiode (PD: Photo Diode) that generates a charge according to the light receiving intensity is suitably used as the light receiving unit 32. The detection signal Sa is an analog current signal according to the light reception intensity from the measurement site M. As understood from the above description, the detection device 30 according to the first embodiment is a reflective optical sensor in which the light emitting unit 31 and the light receiving unit 32 are located on one side of the measurement site M.

受光部32に到達する光は、測定部位Mの内部において静止する組織(静止組織)で反射した成分と、測定部位Mの内部の動脈内で移動する物体(典型的には赤血球)で反射した成分とを含有する。静止組織での反射の前後において光の周波数は変化しないが、赤血球での反射の前後においては、赤血球の移動速度(すなわち血流速度)に比例した変化量(以下「周波数シフト量」という)Δfだけ光の周波数が変化する。すなわち、測定部位Mを通過して受光部32に到達する光は、発光部31が出射する光の周波数に対して周波数シフト量Δfだけ変動(周波数シフト)した成分を含有する。第1実施形態の検出信号Saは、測定部位Mの内部の血流による周波数シフトが反映された光ビート信号である。   The light reaching the light receiving unit 32 is reflected by the component reflected by the stationary tissue (static tissue) inside the measurement site M and the object (typically red blood cells) moving in the artery inside the measurement site M Contains an ingredient. The frequency of light does not change before and after reflection from stationary tissue, but before and after reflection from red blood cells, the amount of change (hereinafter referred to as “frequency shift amount”) Δf proportional to the moving velocity of red blood cells (that is, blood flow velocity) Only the frequency of light changes. That is, the light passing through the measurement site M and reaching the light receiving unit 32 contains a component that is shifted (frequency shift) by the frequency shift amount Δf with respect to the frequency of the light emitted by the light emitting unit 31. The detection signal Sa of the first embodiment is a light beat signal in which the frequency shift due to the blood flow inside the measurement site M is reflected.

図2の出力回路34は、受光部32が生成した検出信号Saから検出信号Sdを生成する。検出信号Sdは、受光部32による受光の強度に応じたデジタルの電圧信号である。前述の通り、測定部位Mに照射された光は、測定部位Mの内部の血管および血液を通過してから受光部32に到達する。したがって、検出信号Sdは、被験者の血液を通過した光の強度を表す信号とも換言され得る。   The output circuit 34 of FIG. 2 generates a detection signal Sd from the detection signal Sa generated by the light receiving unit 32. The detection signal Sd is a digital voltage signal corresponding to the intensity of the light received by the light receiver 32. As described above, the light irradiated to the measurement site M passes through blood vessels and blood inside the measurement site M and then reaches the light receiving unit 32. Therefore, the detection signal Sd can be reworded as a signal representing the intensity of light passing through the subject's blood.

図3は、第1実施形態における受光部32および出力回路34の構成図である。図3に例示される通り、第1実施形態の出力回路34は、信号増幅部51と信号処理部52とA/D変換部53とを含んで構成される。信号増幅部51は、受光部32から供給される検出信号Saを電圧信号に変換するとともに増幅することで検出信号Sbを生成する。例えば、信号増幅部51は、検出信号Saを電圧信号に変換する電流/電圧変換回路と、当該電圧信号を増幅する電圧増幅回路とを含んで構成される。   FIG. 3 is a configuration diagram of the light receiving unit 32 and the output circuit 34 in the first embodiment. As illustrated in FIG. 3, the output circuit 34 according to the first embodiment includes a signal amplification unit 51, a signal processing unit 52, and an A / D conversion unit 53. The signal amplification unit 51 converts the detection signal Sa supplied from the light receiving unit 32 into a voltage signal and amplifies it to generate a detection signal Sb. For example, the signal amplification unit 51 includes a current / voltage conversion circuit that converts the detection signal Sa into a voltage signal, and a voltage amplification circuit that amplifies the voltage signal.

信号処理部52は、信号増幅部51から供給される検出信号Sb(すなわち、血管を通過したレーザー光の強度を表す信号)に対して所定のフィルター処理を実行することで検出信号Scを生成する。信号処理部52が実行するフィルター処理の具体例については後述する。A/D変換部53は、信号処理部52が生成したアナログの検出信号Scを所定のサンプリング周波数Fsでデジタルの検出信号Sdに変換する。以上の説明から理解される通り、検出信号S(Sa,Sb,Sc,Sd)は、測定部位Mの内部の血流による周波数シフトが反映された光ビート信号である。   The signal processing unit 52 generates a detection signal Sc by performing a predetermined filter process on the detection signal Sb supplied from the signal amplification unit 51 (that is, the signal representing the intensity of the laser beam passing through the blood vessel). . A specific example of the filtering process performed by the signal processing unit 52 will be described later. The A / D conversion unit 53 converts the analog detection signal Sc generated by the signal processing unit 52 into a digital detection signal Sd at a predetermined sampling frequency Fs. As understood from the above description, the detection signal S (Sa, Sb, Sc, Sd) is a light beat signal in which the frequency shift due to the blood flow inside the measurement site M is reflected.

図2の制御装置20は、CPU(Central Processing Unit)またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)等の演算処理装置であり、血流解析装置100の全体を制御する。記憶装置22は、例えば不揮発性の半導体メモリーで構成され、制御装置20が実行するプログラムと制御装置20が使用する各種のデータとを記憶する。なお、制御装置20の機能を複数の集積回路に分散した構成、または、制御装置20の一部または全部の機能を専用の電子回路で実現した構成も採用され得る。また、図2では制御装置20と記憶装置22とを別個の要素として図示したが、記憶装置22を内包する制御装置20を例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)等により実現することも可能である。   The control device 20 of FIG. 2 is an arithmetic processing device such as a central processing unit (CPU) or a field-programmable gate array (FPGA), and controls the entire blood flow analysis device 100. The storage device 22 is formed of, for example, a non-volatile semiconductor memory, and stores a program executed by the control device 20 and various data used by the control device 20. A configuration in which the functions of control device 20 are distributed to a plurality of integrated circuits, or a configuration in which some or all of the functions of control device 20 are realized by dedicated electronic circuits may also be employed. Further, although the control device 20 and the storage device 22 are illustrated as separate elements in FIG. 2, the control device 20 including the storage device 22 can be realized by, for example, an application specific integrated circuit (ASIC) or the like.

第1実施形態の制御装置20は、記憶装置22に記憶されたプログラム(アプリケーションプログラム)を実行することで演算処理部61として機能する。演算処理部61は、検出装置30の出力回路34が生成した検出信号Sd(すなわち信号処理部52による処理後の信号)から被験者の血流情報を生成する。第1実施形態の演算処理部61は、前述の通り、測定部位Mの内部の動脈における血流速度を血流情報として算定する。   The control device 20 according to the first embodiment functions as an arithmetic processing unit 61 by executing a program (application program) stored in the storage device 22. The arithmetic processing unit 61 generates blood flow information of the subject from the detection signal Sd generated by the output circuit 34 of the detection device 30 (that is, the signal processed by the signal processing unit 52). As described above, the arithmetic processing unit 61 of the first embodiment calculates the blood flow velocity in the artery inside the measurement region M as blood flow information.

図4は、演算処理部61が血流速度を算定するための処理のフローチャートである。例えば所定の時間毎に図4の処理が実行される。図4の処理を開始すると、演算処理部61は、検出信号Sdから強度スペクトルXを算定する(S1)。強度スペクトルXは、検出信号Sdにおいて周波数軸上の各周波数fに対応する信号成分の強度(パワーまたは振幅)P(f)の分布である。強度スペクトルXの算定には、離散フーリエ変換等の公知の周波数解析が任意に採用され得る。   FIG. 4 is a flowchart of processing for the arithmetic processing unit 61 to calculate the blood flow velocity. For example, the process of FIG. 4 is executed at predetermined time intervals. When the process of FIG. 4 is started, the arithmetic processing unit 61 calculates an intensity spectrum X from the detection signal Sd (S1). The intensity spectrum X is a distribution of the intensity (power or amplitude) P (f) of the signal component corresponding to each frequency f on the frequency axis in the detection signal Sd. For calculating the intensity spectrum X, known frequency analysis such as discrete Fourier transform may be arbitrarily adopted.

演算処理部61は、検出信号Sdの強度スペクトルXから血流速度V(血流情報)を算定する(S2)。具体的には、第1実施形態の演算処理部61は、以下の数式(1a)の演算により血流量指標F(いわゆるFLOW値)を算定し、測定部位Mの血管について別途に推定された断面積Aにより血流量指標Fを除算することで血流速度V(V=F/A)を算定する。血流量指標Fは、測定部位Mの血流量(すなわち単位時間内に動脈内を移動する血液の体積)の指標である。なお、相異なる時点について算定された複数の血流速度Vの平均値を血流情報として演算処理部61が生成することも可能である。   The arithmetic processing unit 61 calculates the blood flow velocity V (blood flow information) from the intensity spectrum X of the detection signal Sd (S2). Specifically, the arithmetic processing unit 61 of the first embodiment calculates the blood flow index F (so-called FLOW value) by the calculation of the following equation (1a), and cuts separately estimated for the blood vessel of the measurement site M. The blood flow velocity V (V = F / A) is calculated by dividing the blood flow index F by the area A. The blood flow index F is an index of the blood flow of the measurement site M (ie, the volume of blood moving in the artery within a unit time). The arithmetic processing unit 61 can also generate the average value of the plurality of blood flow velocities V calculated for different points in time as blood flow information.

Figure 2019076539
数式(1a)は、検出信号Sdの各周波数fと当該周波数fにおける強度P(f)とから血流量指標Fを算定するための演算式である。記号<I>は、検出信号Sdの全帯域にわたる平均強度、または、強度スペクトルXのうち0kHzにおける強度P(0)(すなわち直流成分の信号強度)である。
Figure 2019076539
Formula (1a) is an arithmetic expression for calculating the blood flow index F from each frequency f of the detection signal Sd and the intensity P (f) at the frequency f. The symbol <I 2 > is the average intensity over the entire band of the detection signal Sd, or the intensity P (0) at 0 kHz in the intensity spectrum X (that is, the signal intensity of the DC component).

数式(1a)から理解される通り、第1実施形態の演算処理部61は、強度スペクトルXにおける各周波数fの強度P(f)と当該周波数fとの積(f×P(f))を所定の範囲(以下「演算範囲」という)について積算することで血流量指標Fを算定する。強度スペクトルXの強度P(f)と周波数fとの積(f×P(f))は、周波数fにより重み付けされた強度(以下「加重強度」という)を意味する。演算範囲は、加重強度の積分範囲に相当し、周波数軸上の所定の周波数(以下「下端周波数」という)f1と、下端周波数f1を上回る所定の周波数(以下「上端周波数」という)f2との間の範囲である。下端周波数f1は第1周波数の例示であり、上端周波数f2は第2周波数の例示である。以上の説明から理解される通り、第1実施形態の演算処理部61は、検出装置30が生成した検出信号Sdの強度スペクトルXから血流情報(血流速度V)を生成する。図2の表示装置24は、演算処理部61が生成した血流情報(血流速度V)を表示する。   As understood from Equation (1a), the arithmetic processing unit 61 of the first embodiment calculates the product (f × P (f)) of the intensity P (f) of each frequency f in the intensity spectrum X and the frequency f. The blood flow index F is calculated by integrating for a predetermined range (hereinafter referred to as "calculation range"). The product (f × P (f)) of the intensity P (f) of the intensity spectrum X and the frequency f means an intensity weighted by the frequency f (hereinafter referred to as “weighted intensity”). The calculation range corresponds to the integral range of the weighted intensity, and is a predetermined frequency on the frequency axis (hereinafter referred to as "lower end frequency") f1 and a predetermined frequency (hereinafter referred to as "upper end frequency") f2 higher than the lower end frequency f1. Between them. The lower end frequency f1 is an example of the first frequency, and the upper end frequency f2 is an example of the second frequency. As understood from the above description, the arithmetic processing unit 61 of the first embodiment generates blood flow information (blood flow velocity V) from the intensity spectrum X of the detection signal Sd generated by the detection device 30. The display device 24 of FIG. 2 displays the blood flow information (blood flow velocity V) generated by the arithmetic processing unit 61.

なお、第2指標算定部52は、数式(1a)の積分を総和(Σ)に置換した以下の数式(1b)の演算により血流量指標Fを算定してもよい。   The second index calculating unit 52 may calculate the blood flow index F by the calculation of the following formula (1b) in which the integral of the formula (1a) is replaced with the sum (Σ).

Figure 2019076539
Figure 2019076539

図5は、第1実施形態の信号処理部52が実行するフィルター処理の説明図である。具体的には、信号処理部52が実行するフィルター処理の周波数特性(すなわち、周波数領域におけるゲインの分布)が図5には例示されている。図5から理解される通り、信号処理部52は、所定の周波数帯域(以下「処理帯域」という)B内の周波数fHの成分が処理帯域Bの下端の周波数Fxよりも低い周波数fLの成分と比較して抑制されるようにフィルター処理を実行する。具体的には、処理帯域B内で周波数が高い成分ほど抑制されるようにフィルター処理が実行される。第1実施形態の信号処理部52は、処理帯域B内で周波数が高い成分ほど抑制されるようにゲインが連続的に減少するフィルター処理を実行する。例えばローパスフィルターまたはバンドパスフィルターが信号処理部52として好適に利用される。具体的には、1次のアナログフィルター回路の所定個(単数または複数)を組合せることで信号処理部52が構成される。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the filtering process performed by the signal processing unit 52 according to the first embodiment. Specifically, FIG. 5 exemplifies the frequency characteristic of the filtering process performed by the signal processing unit 52 (that is, the distribution of the gain in the frequency domain). As understood from FIG. 5, the signal processing unit 52 has a component of the frequency fH in a predetermined frequency band (hereinafter referred to as “processing band”) B and a component of the frequency fL lower than the frequency Fx at the lower end of the processing band B. Perform filtering to be suppressed by comparison. Specifically, the filtering process is performed such that the higher the frequency in the processing band B, the more the component is suppressed. The signal processing unit 52 according to the first embodiment executes the filtering process in which the gain is continuously reduced so that the higher the frequency in the processing band B, the more the component is suppressed. For example, a low pass filter or a band pass filter is preferably used as the signal processing unit 52. Specifically, the signal processing unit 52 is configured by combining a predetermined number (one or more) of primary analog filter circuits.

処理帯域Bは、信号処理部52による検出信号Sbの抑制の度合(すなわち、フィルター処理の周波数特性)が6dB/Oct(オクターブ)以上となる範囲であり、所定の周波数Fxに対して高周波側の範囲である。すなわち、処理帯域B内では、検出信号Sを構成する各周波数fの成分が、周波数fに比例した度合(6dB/Oct)以上の度合で抑制される。例えば、処理帯域B内でフィルター処理の周波数特性が6dB/Octに設定された場合を想定すると、処理帯域B内の特定の周波数m×f(mは自然数)でのゲインは、処理帯域B内の周波数fでのゲインの1/mに設定される。周波数Fxは、検出信号Sbの抑制の度合が6dB/Oct以上となる範囲(すなわち処理帯域B)の下端に相当する。   The processing band B is a range in which the degree of suppression of the detection signal Sb by the signal processing unit 52 (that is, the frequency characteristic of the filter processing) is 6 dB / Oct (octave) or more. It is a range. That is, in the processing band B, the component of each frequency f which comprises the detection signal S is suppressed by the degree more than the degree (6 dB / Oct) proportional to the frequency f. For example, assuming that the filtering frequency characteristic is set to 6 dB / Oct in the processing band B, the gain at a specific frequency m × f (m is a natural number) in the processing band B is in the processing band B. Is set to 1 / m of the gain at frequency f. The frequency Fx corresponds to the lower end of a range in which the degree of suppression of the detection signal Sb is 6 dB / Oct or more (that is, the processing band B).

図5に例示される通り、血流量指標Fの算定に適用される演算範囲Rと信号処理部52によるフィルター処理の処理帯域Bとは、部分的に相互に重複する。具体的には、演算範囲Rにおける高周波側の部分と処理帯域Bにおける低周波側の部分とが相互に重複する。すなわち、処理帯域Bの下端の周波数Fxは、演算範囲Rの下端周波数f1を上回り、かつ、演算範囲Rの上端周波数f2以下である。図5においては、処理帯域Bの下端の周波数Fxが演算範囲Rの上端周波数f2を下回る場合が例示されている。   As illustrated in FIG. 5, the calculation range R applied to the calculation of the blood flow index F and the processing band B of the filtering process by the signal processing unit 52 partially overlap each other. Specifically, the portion on the high frequency side in the calculation range R and the portion on the low frequency side in the processing band B overlap each other. That is, the frequency Fx at the lower end of the processing band B is higher than the lower end frequency f1 of the calculation range R and equal to or less than the upper end frequency f2 of the calculation range R. In FIG. 5, the case where the frequency Fx at the lower end of the processing band B is lower than the upper end frequency f2 of the calculation range R is illustrated.

図6は、処理帯域Bの下端の周波数Fxに着目した説明図である。具体的には、周波数Fxは、演算範囲Rの1/2だけ下端周波数f1よりも高い周波数を上回り、上端周波数f2を下回る。好ましくは、周波数Fxは、演算範囲Rの1/2だけ下端周波数f1よりも高い周波数を上回り、演算範囲Rの3/4だけ下端周波数f1よりも高い周波数を下回る。図6には、演算範囲Rの2/3だけ第1周波数よりも高い周波数を周波数Fxとした場合が例示されている。   FIG. 6 is an explanatory view focusing on the frequency Fx at the lower end of the processing band B. Specifically, the frequency Fx is higher than the lower frequency f1 by 1⁄2 of the calculation range R and lower than the upper frequency f2. Preferably, the frequency Fx is higher than the frequency higher than the lower end frequency f1 by 1/2 of the calculation range R and is lower than the frequency higher than the lower end frequency f1 by 3/4 of the calculation range R. FIG. 6 exemplifies a case in which a frequency higher than the first frequency by 2/3 of the calculation range R is set to the frequency Fx.

ここで、上端周波数f2は、A/D変換部53のナイキスト周波数(Fs/2)以下である必要がある。すなわち、演算範囲Rの上端周波数f2は、処理帯域Bの下端の周波数FxとA/D変換部53のナイキスト周波数(Fs/2)との間の数値に設定される(Fx≦f2≦Fs/2)。例えば、処理帯域Bの周波数Fxが45kHzであり、A/D変換部53が100kHzのサンプリング周波数Fsで動作する構成を想定すると、上端周波数f2は、45kHz(=Fx)以上かつ50kHz(=Fs/2)以下の範囲内の適切な数値(例えば50kHz)に設定される。他方、下端周波数f1は、上端周波数f2と比較して充分に小さい数値(例えば200Hz程度)に設定される。以上の説明から理解される通り、第1実施形態の演算処理部61は、信号処理部52によるフィルター処理で抑制される処理帯域Bの一部を含む演算範囲Rについて加重強度(f×P(f))を積算することで血流量指標Fを算定する。   Here, the upper end frequency f2 needs to be equal to or less than the Nyquist frequency (Fs / 2) of the A / D conversion unit 53. That is, the upper end frequency f2 of the calculation range R is set to a numerical value between the frequency Fx at the lower end of the processing band B and the Nyquist frequency (Fs / 2) of the A / D converter 53 (Fx ≦ f2 ≦ Fs / 2). For example, assuming that the frequency Fx of the processing band B is 45 kHz and the A / D conversion unit 53 operates at the sampling frequency Fs of 100 kHz, the upper end frequency f2 is 45 kHz (= Fx) or more and 50 kHz (= Fs / = Fs). 2) It is set to a suitable numerical value (for example, 50 kHz) within the following range. On the other hand, the lower end frequency f1 is set to a numerical value (for example, about 200 Hz) sufficiently smaller than the upper end frequency f2. As understood from the above description, the arithmetic processing unit 61 according to the first embodiment determines the weighted intensity (f × P (algorithm The blood flow index F is calculated by integrating f).

図7には、検出信号Sdの強度スペクトルXが図示されている。受光部32や出力回路34等の回路要素に起因して不可避的に発生するショットノイズが検出信号Sdには含有される。ショットノイズは、周波数fの広い範囲にわたり均等に分布するホワイトノイズである。他方、測定部位Mを通過した光(すなわち本来の解析対象)に由来する信号成分の強度は、高周波側ほど低いという傾向がある。したがって、図7から理解される通り、強度スペクトルXのうち高周波側の周波数帯域Nでは、測定部位Mを通過した光に対してショットノイズの影響が支配的となる。ショットノイズの影響が支配的となる周波数帯域Nの下端の周波数(以下「高ノイズ周波数」という)Fnは、測定部位Mにおける血管または血液の状態に応じて変動し得る。   The intensity spectrum X of the detection signal Sd is shown in FIG. Shot noise which is inevitably generated due to circuit elements such as the light receiving unit 32 and the output circuit 34 is included in the detection signal Sd. Shot noise is white noise that is evenly distributed over a wide range of frequency f. On the other hand, the intensity of the signal component derived from the light (that is, the original analysis target) that has passed through the measurement site M tends to be lower toward the high frequency side. Therefore, as can be understood from FIG. 7, in the frequency band N on the high frequency side of the intensity spectrum X, the influence of the shot noise on the light passing through the measurement site M becomes dominant. The frequency (hereinafter referred to as “high noise frequency”) Fn at the lower end of the frequency band N in which the influence of shot noise is dominant may fluctuate depending on the state of blood vessels or blood at the measurement site M.

図8および図9は、周波数軸上における加重強度(f×P(f))の分布である。図8は、信号処理部52によるフィルター処理を省略した構成(以下「対比例」という)における加重強度の分布である。図9は、処理帯域B内の信号成分を抑制するフィルター処理を信号処理部52が実行する第1実施形態における加重強度の分布である。   FIGS. 8 and 9 show the distribution of weighted intensity (f × P (f)) on the frequency axis. FIG. 8 is a distribution of weighted intensities in a configuration in which the filter processing by the signal processing unit 52 is omitted (hereinafter, referred to as “contrast example”). FIG. 9 is a distribution of weighted intensities in the first embodiment in which the signal processing unit 52 executes filter processing for suppressing signal components in the processing band B.

いま、数式(1a)の演算により血流量指標Fを高精度に測定するという観点からは、演算範囲Rを広く確保する必要がある。すなわち、上端周波数f2を高目に設定することが要求される。他方、強度スペクトルXの強度P(f)に対する周波数fの乗算により、対比例では、図8から理解される通り、強度スペクトルXにおける高周波側のショットノイズが強調される。したがって、上端周波数f2を高目に設定した構成では、演算範囲Rの高周波側においてショットノイズが支配的となり、結果的に血流量指標Fの高精度な測定が阻害される。以上の問題を解決するために、上端周波数f2を低目に設定した場合には、演算範囲Rが過度に狭くなる結果、血流量指標Fの測定の精度が却って低下する可能性がある。以上の説明から理解される通り、血流量指標Fを常に高精度に測定するためには、測定部位Mにおける血管または血液の状態に応じて上端周波数f2を変化させる必要がある。例えば、高ノイズ周波数Fnが高い状況では上端周波数f2を高目に設定し、高ノイズ周波数Fnが低い状況では上端周波数f2を低目に設定するといった具合である。   Now, from the viewpoint of measuring the blood flow index F with high accuracy by the calculation of the equation (1a), it is necessary to secure a wide calculation range R. That is, it is required to set the upper end frequency f2 high. On the other hand, by multiplying the intensity P (f) of the intensity spectrum X by the frequency f, in the comparative example, shot noise on the high frequency side in the intensity spectrum X is emphasized as understood from FIG. Therefore, in the configuration in which the upper end frequency f2 is set high, shot noise becomes dominant on the high frequency side of the calculation range R, and as a result, the highly accurate measurement of the blood flow index F is inhibited. When the upper end frequency f2 is set to a low value in order to solve the above problem, the calculation range R becomes excessively narrow, and as a result, the accuracy of measurement of the blood flow index F may rather decrease. As understood from the above description, in order to constantly measure the blood flow index F with high accuracy, it is necessary to change the upper end frequency f2 in accordance with the state of the blood vessel or blood at the measurement site M. For example, in the situation where the high noise frequency Fn is high, the upper end frequency f2 is set high, and in the situation where the high noise frequency Fn is low, the upper end frequency f2 is set low.

以上に説明した対比例とは対照的に、第1実施形態では、検出信号Sbのうち演算範囲Rに部分的に重複する処理帯域B内の信号成分がフィルター処理により抑制される。すなわち、図9から理解される通り、上端周波数f2の高低に関わらず、演算範囲R内については、強度P(f)に対する周波数fの乗算により強調されるべきショットノイズの影響がフィルター処理で低減される。したがって、例えば演算範囲Rが充分に確保されるように上端周波数f2を高目に設定した構成でも、検出信号Sbのショットノイズの影響を低減して血流量指標Fを高精度に測定することが可能である。また、測定部位Mにおける血管または血液の状態に応じて上端周波数f2を変化させる前述の処理が不要であるから、血流情報の生成のための負荷が低減されるという利点もある。   In contrast to the comparative example described above, in the first embodiment, the signal component in the processing band B partially overlapping the calculation range R in the detection signal Sb is suppressed by the filter processing. That is, as understood from FIG. 9, regardless of the high end of the upper end frequency f 2, in the calculation range R, the effect of shot noise to be emphasized by the multiplication of the frequency f with the intensity P (f) is reduced by filtering Be done. Therefore, for example, even in a configuration in which the upper end frequency f2 is set high to ensure that the calculation range R is sufficiently secured, the influence of the shot noise of the detection signal Sb can be reduced to measure the blood flow index F with high accuracy. It is possible. In addition, since the above-described process of changing the upper end frequency f2 according to the state of the blood vessel or blood at the measurement site M is unnecessary, there is an advantage that the load for generating blood flow information is reduced.

次に、演算範囲Rと処理帯域Bとが部分的に相互に重複する前述の状況で成立する条件について説明する。いま、血流解析装置100が測定可能な仕様上の血流速度Vの範囲が最小値V1から最大値V2までの範囲である場合を想定する。前述の通り、血液中の赤血球での光反射に起因した周波数シフト量Δfは血流速度Vに比例する。具体的には、周波数シフト量Δfは以下の数式(2)で表現される。   Next, the conditions which hold in the above-mentioned situation where operation range R and processing zone B mutually overlap mutually are explained. Now, it is assumed that the range of the blood flow velocity V on the specification that can be measured by the blood flow analysis device 100 is from the minimum value V1 to the maximum value V2. As described above, the frequency shift amount Δf caused by the light reflection from red blood cells in blood is proportional to the blood flow velocity V. Specifically, the frequency shift amount Δf is expressed by the following equation (2).

Figure 2019076539
数式(2)の記号λは発光部31が測定部位Mに照射する光の波長であり、記号θは、発光部31から測定部位Mに入射する光の入射角である。実際の血流解析装置100を想定すると、波長λは発光部31が出射する光の波長として既知であり、入射角θは測定部位Mの表面に対する発光部31の光軸の角度から確定される。また、記号nは測定部位M(特に動脈および血液)の屈折率であり、概略的には1.33〜1.34の範囲内の既知の数値である。血流解析装置100による測定が想定される血流速度Vの最大値V2を以上の各定数(λ,θ,n)とともに数式(2)に代入すると、血流解析装置100が測定可能な範囲内で最大の周波数シフト量Δf2を得ることができる。
Figure 2019076539
The symbol λ in Equation (2) is the wavelength of light emitted by the light emitting unit 31 to the measurement site M, and the symbol θ is the incident angle of light incident on the measurement site M from the light emitting unit 31. Assuming an actual blood flow analysis apparatus 100, the wavelength λ is known as the wavelength of light emitted by the light emitting unit 31, and the incident angle θ is determined from the angle of the optical axis of the light emitting unit 31 with respect to the surface of the measurement site M . The symbol n is the refractive index of the measurement site M (particularly, artery and blood), and is generally a known value within the range of 1.33 to 1.34. If the maximum value V2 of the blood flow velocity V assumed to be measured by the blood flow analysis device 100 is substituted into the equation (2) together with the above constants (λ, θ, n), the range in which the blood flow analysis device 100 can be measured Among them, the maximum frequency shift amount Δf2 can be obtained.

なお、血流速度Vの最大値V2は、超音波を利用した流速計により測定することができる。また、動脈の血流を測定する場合には、例えば、血流速度Vの最大値V2は0.8m/sec以上かつ1.2m/sec以下であり、毛細血管の血流を測定する場合には、例えば、血流速度Vの最大値V2は2mm/sec以上かつ12mm/sec以下であることが知られている。   In addition, the maximum value V2 of the blood flow velocity V can be measured by a flowmeter using ultrasonic waves. In the case of measuring blood flow in an artery, for example, the maximum value V2 of the blood flow velocity V is 0.8 m / sec or more and 1.2 m / sec or less, and in the case of measuring blood flow in capillaries. For example, it is known that the maximum value V2 of the blood flow velocity V is 2 mm / sec or more and 12 mm / sec or less.

次に、処理帯域Bの下端周波数Fxを決定する方法を説明する。図10は、処理帯域Bの下端周波数Fxを特定する方法を説明するための図である。図10に例示される通り、スペクトラムアナライザーSAの端子Iから例えば正弦波の入力信号を信号処理部52に入力し、信号処理部52からの電力または電圧を出力信号として端子Aに入力する。ここで、入力信号の周波数を変化させ、各周波数に対する出力信号を取得することで、図5から図9に例示したような周波数特性を得ることができる。処理帯域Bの下端周波数Fxは、入力信号の周波数が高くなるにしたがって出力信号が低下する周波数である。具体的には、図11に示すように、入力信号の周波数が高くなるにしたがって出力信号が3dBだけ低下する周波数を処理帯域Bの下端周波数Fxとする。なお、図10では、信号処理部52の入力信号と出力信号との関係から周波数特性を得る場合を例示したが、信号増幅部51に入力信号を入力してもよいし、信号処理部52よりも後段の要素(例えばA/D変換部53)から出力信号を取得してもよい。   Next, a method of determining the lower end frequency Fx of the processing band B will be described. FIG. 10 is a diagram for explaining a method of specifying the lower end frequency Fx of the processing band B. As illustrated in FIG. 10, for example, a sine wave input signal is input from the terminal I of the spectrum analyzer SA to the signal processing unit 52, and the power or voltage from the signal processing unit 52 is input to the terminal A as an output signal. Here, the frequency characteristics as illustrated in FIGS. 5 to 9 can be obtained by changing the frequency of the input signal and acquiring the output signal for each frequency. The lower end frequency Fx of the processing band B is a frequency at which the output signal decreases as the frequency of the input signal increases. Specifically, as shown in FIG. 11, the frequency at which the output signal decreases by 3 dB as the frequency of the input signal increases is taken as the lower end frequency Fx of the processing band B. Although FIG. 10 illustrates the case where the frequency characteristic is obtained from the relationship between the input signal and the output signal of the signal processing unit 52, the input signal may be input to the signal amplification unit 51. Also, an output signal may be acquired from an element (for example, the A / D conversion unit 53) in the subsequent stage.

また、より多くの血流情報を得るには、血流速度Vの最大値V2までの血流情報を得ることが望ましい。換言すると、上端周波数f2が周波数シフト量Δf2以上である(f2≧Δf2)ことが望ましい。この場合、周波数シフト量Δf2が周波数Fxを上回るという関係(Fx<Δf2)が確認できれば、上端周波数f2が周波数シフト量Δf2以上である(Δf2≦f2)ので、上端周波数f2が周波数Fxを上回る(Fx<f2)。上端周波数f2が周波数Fxを上回る(Fx<f2)ということは、演算範囲Rと処理帯域Bとが部分的に重複するという条件が成立していることになる。   Moreover, in order to obtain more blood flow information, it is desirable to obtain blood flow information up to the maximum value V2 of the blood flow velocity V. In other words, it is desirable that the upper end frequency f2 is equal to or higher than the frequency shift amount Δf2 (f2 Δ Δf2). In this case, if it is confirmed that the frequency shift amount Δf2 exceeds the frequency Fx (Fx <Δf2), the upper end frequency f2 exceeds the frequency Fx because the upper end frequency f2 is equal to or higher than the frequency shift amount Δf2 (Δf2 ≦ f2) Fx <f2). When the upper end frequency f2 exceeds the frequency Fx (Fx <f2), the condition that the calculation range R and the processing band B partially overlap is established.

<第2実施形態>
本発明の第2実施形態を説明する。なお、以下に例示する各形態において作用または機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the element which an operation | movement or a function is the same as 1st Embodiment in each form illustrated below, the code | symbol used by description of 1st Embodiment is diverted and detailed description of each is abbreviate | omitted suitably.

図12は、第2実施形態における受光部32および出力回路34の構成図である。図12に例示される通り、第2実施形態の受光部32は、相異なる位置に配置された受光素子321と受光素子322とを含んで構成される。受光素子321は、測定部位Mからの受光強度に応じた検出信号Sa1を生成し、受光素子322は、測定部位Mからの受光強度に応じた検出信号Sa2を生成する。   FIG. 12 is a configuration diagram of the light receiving unit 32 and the output circuit 34 in the second embodiment. As illustrated in FIG. 12, the light receiving unit 32 of the second embodiment is configured to include light receiving elements 321 and light receiving elements 322 disposed at different positions. The light receiving element 321 generates a detection signal Sa1 according to the light reception intensity from the measurement site M, and the light receiving element 322 generates a detection signal Sa2 according to the light reception intensity from the measurement site M.

第2実施形態の信号増幅部51は、受光素子321が生成した検出信号Sa1と受光素子322が生成した検出信号Sa2との差分に相当する検出信号Sbを生成する。したがって、検出信号Sa1と検出信号Sa2とに共通に含まれる定常的なノイズを低減した検出信号Sbが生成される。例えば差動増幅回路が信号増幅部51として好適に利用される。信号処理部52は、信号増幅部51から供給される検出信号Sbに対して第1実施形態と同様のフィルター処理を実行する。他の要素の機能および作用は第1実施形態と同様である。   The signal amplification unit 51 of the second embodiment generates a detection signal Sb corresponding to the difference between the detection signal Sa1 generated by the light receiving element 321 and the detection signal Sa2 generated by the light receiving element 322. Therefore, the detection signal Sb is generated in which the stationary noise contained in common between the detection signal Sa1 and the detection signal Sa2 is reduced. For example, a differential amplifier circuit is suitably used as the signal amplification unit 51. The signal processing unit 52 performs the same filtering process as that of the first embodiment on the detection signal Sb supplied from the signal amplification unit 51. The functions and actions of the other elements are the same as in the first embodiment.

第2実施形態においても第1実施形態と同様の効果が実現される。また、第2実施形態では、受光素子321が生成した検出信号Sa1と受光素子322が生成した検出信号Sa2との差分に相当する検出信号Sbが生成される。すなわち、検出信号Sa1と検出信号Sa2とに共通に含まれるノイズを低減したSN比が高い検出信号Sbが生成される。したがって、血流情報を高精度に生成できるという効果は格別に顕著である。   Also in the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment is realized. In the second embodiment, a detection signal Sb corresponding to the difference between the detection signal Sa1 generated by the light receiving element 321 and the detection signal Sa2 generated by the light receiving element 322 is generated. That is, the detection signal Sb having a high SN ratio is generated with reduced noise contained in common between the detection signal Sa1 and the detection signal Sa2. Therefore, the effect that blood flow information can be generated with high accuracy is particularly remarkable.

<第3実施形態>
図13は、第3実施形態における血流解析装置100の使用例を示す模式図である。図13に例示される通り、血流解析装置100は、相互に別体で構成された検出ユニット71と表示ユニット72とを具備する。検出ユニット71は、前述の各形態で例示した検出装置30を具備する。図13には、被験者の上腕に装着される形態の検出ユニット71が例示されている。図14に例示される通り、被験者の手首に装着される形態の検出ユニット71も好適である。
Third Embodiment
FIG. 13 is a schematic view showing a usage example of the blood flow analysis device 100 according to the third embodiment. As illustrated in FIG. 13, the blood flow analysis device 100 includes a detection unit 71 and a display unit 72 which are configured separately from each other. The detection unit 71 includes the detection device 30 illustrated in each of the embodiments described above. FIG. 13 illustrates a detection unit 71 mounted on the upper arm of a subject. As illustrated in FIG. 14, a detection unit 71 configured to be worn on the subject's wrist is also suitable.

表示ユニット72は、前述の各形態で例示した表示装置24を具備する。例えば携帯電話機またはスマートフォン等の情報端末が表示ユニット72の好適例である。ただし、表示ユニット72の具体的な形態は任意である。例えば、被験者が携帯可能な腕時計型の情報端末、または、血流解析装置100の専用の情報端末を表示ユニット72として利用してもよい。   The display unit 72 includes the display 24 illustrated in each of the above-described embodiments. For example, an information terminal such as a mobile phone or a smartphone is a preferred example of the display unit 72. However, the specific form of the display unit 72 is arbitrary. For example, a wristwatch-type information terminal portable by the subject or a dedicated information terminal of the blood flow analysis apparatus 100 may be used as the display unit 72.

演算処理部61は、例えば表示ユニット72に搭載される。検出ユニット71の検出装置30が生成した検出信号Sdが有線または無線で表示ユニット72に送信される。表示ユニット72の演算処理部は、検出信号Sdから血流情報を算定して表示装置24に表示する。   The arithmetic processing unit 61 is mounted on the display unit 72, for example. The detection signal Sd generated by the detection device 30 of the detection unit 71 is transmitted to the display unit 72 in a wired or wireless manner. The arithmetic processing unit of the display unit 72 calculates blood flow information from the detection signal Sd and displays it on the display device 24.

なお、演算処理部61を検出ユニット71に搭載してもよい。演算処理部61は、検出装置30が生成した検出信号Sdから血流情報を算定し、当該血流情報を表示するためのデータを表示ユニット72に有線または無線で送信する。表示ユニット72の表示装置24は、検出ユニット71から受信したデータが示す血流情報を表示する。   The arithmetic processing unit 61 may be mounted on the detection unit 71. The arithmetic processing unit 61 calculates blood flow information from the detection signal Sd generated by the detection device 30, and transmits data for displaying the blood flow information to the display unit 72 in a wired or wireless manner. The display device 24 of the display unit 72 displays blood flow information indicated by the data received from the detection unit 71.

<周波数Fxに関する補足>
前述の各形態における例示の通り、本発明の好適な態様は、処理帯域B内で周波数が高い成分ほど抑制されるようにフィルター処理を実行する構成(以下「構成A」という)を採用する。構成Aを採用することで実際の血流解析装置(以下「実製品」という)から観測できる挙動を以下に説明する。
<Supplement about frequency Fx>
As exemplified in each of the above-described embodiments, the preferred embodiment of the present invention employs a configuration (hereinafter referred to as “configuration A”) that performs filtering so that components with higher frequencies in the processing band B are suppressed. The behavior that can be observed from an actual blood flow analysis device (hereinafter referred to as "a real product") by adopting the configuration A will be described below.

まず、N種類の周波数スペクトルM(1)〜M(N)を想定する。各周波数スペクトルM(1)〜M(N)は、周波数fと強度スペクトルP(f)との積に相当する。図15〜図17に示すように、周波数領域において第1範囲O1と第2範囲O2とを画定する。第2範囲O2は第1範囲O1より高域側に位置する。第2範囲O2は、N個の帯域K(1)〜K(N)に区分される。各帯域K(1)〜K(N)の帯域幅は同じである。任意の1個の周波数スペクトルM(n)は、第1範囲O1の成分と、第2範囲O2内のN個の帯域K(1)〜K(N)のうちの第n番目(n=1〜N)の帯域K(n)の成分とを含む。帯域K(n)の成分の強度は、N個の周波数スペクトルM(1)〜M(N)にわたり共通する。周波数スペクトルM(n)において第2範囲O2のうち帯域K(n)以外の帯域は0である。周波数スペクトルM(n)のうち第1範囲O1の形状は任意であるが、N個の周波数スペクトルM(1)〜M(N)にわたり共通する。任意の1個の入力信号Y(n)は、周波数領域における強度分布が周波数スペクトルM(n)となる時間領域の信号である。すなわち、周波数スペクトルM(n)に対する逆フーリエ変換で入力信号Y(n)が生成される。入力信号Y(n)の生成には、例えばパルスジェネレーター等の信号発生器が利用される。   First, N types of frequency spectra M (1) to M (N) are assumed. Each frequency spectrum M (1) to M (N) corresponds to the product of the frequency f and the intensity spectrum P (f). As shown in FIGS. 15-17, a first range O1 and a second range O2 are defined in the frequency domain. The second range O2 is positioned higher than the first range O1. The second range O2 is divided into N bands K (1) to K (N). The bandwidths of the respective bands K (1) to K (N) are the same. One arbitrary frequency spectrum M (n) is a component of the first range O1 and the n-th (n = 1) of N bands K (1) to K (N) in the second range O2. And N) components of the band K (n). The intensities of the components of the band K (n) are common over the N frequency spectra M (1) to M (N). In the frequency spectrum M (n), a band other than the band K (n) in the second range O2 is zero. The shape of the first range O1 of the frequency spectrum M (n) is arbitrary, but is common to the N frequency spectra M (1) to M (N). One arbitrary input signal Y (n) is a signal in the time domain in which the intensity distribution in the frequency domain is the frequency spectrum M (n). That is, the input signal Y (n) is generated by the inverse Fourier transform on the frequency spectrum M (n). A signal generator such as a pulse generator is used to generate the input signal Y (n).

実製品において検出信号Sbが供給される配線または端子に、N種類の入力信号Y(1)〜Y(N)の各々が順番に入力される場合を想定する。入力信号Y(n)を実製品に供給した場合に血流量指標F(n)が表示される。前述の通り、帯域K(n)の成分の強度はN種類の入力信号Y(1)〜Y(N)にわたり共通する。実製品が構成Aを採用している場合、処理帯域B内の高域側の成分ほど抑制されるから、入力信号Y(n)の帯域K(n)が高域側に位置するほど、血流量指標F(n)は小さい数値となる。したがって、「血流量指標F(1)>血流量指標F(2)>…>血流量指標F(N)」となる場合(つまり周波数が高い成分ほど抑制されている場合)、構成Aを採用していると判定できる。   It is assumed that each of N types of input signals Y (1) to Y (N) is sequentially input to a wiring or a terminal to which the detection signal Sb is supplied in a real product. When the input signal Y (n) is supplied to the actual product, the blood flow index F (n) is displayed. As described above, the intensities of the components of the band K (n) are common to the N types of input signals Y (1) to Y (N). When the real product adopts the configuration A, the higher the band side component in the processing band B is suppressed, the more the band K (n) of the input signal Y (n) is located on the higher side The flow index F (n) is a small numerical value. Therefore, when “blood flow index F (1)> blood flow index F (2)>...> Blood flow index F (N)” (that is, the higher the frequency is suppressed, the configuration A is adopted) It can be determined that

なお、以上の説明では血流量指標Fに着目したが、実製品が構成Aを採用しているか否かを判断するための血流指標は、以上の例示に限定されない。例えば、平均血圧、脈圧
または血液量指標等の各種の血流指標を利用してもよい。また、実製品にソフトウェアフィルターを利用している場合、実製品において検出信号Saを生成する受光部に入力信号Y(n)が生成されるような光を受光させることで算定される血流量指標F(n)を構成Aの採用の有無の判定に利用してもよい。
Although the above description focuses on the blood flow index F, the blood flow index for determining whether the actual product adopts the configuration A is not limited to the above examples. For example, various blood flow indicators such as mean blood pressure, pulse pressure or blood volume indicator may be used. When a software filter is used as an actual product, a blood flow index calculated by receiving light such that the light receiving unit that generates the detection signal Sa in the actual product generates the input signal Y (n) F (n) may be used to determine whether or not configuration A is adopted.

<変形例>
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様を適宜に併合することも可能である。
<Modification>
Each form illustrated above can be variously deformed. The aspect of a specific deformation | transformation is illustrated below. It is also possible to appropriately merge two or more aspects arbitrarily selected from the following exemplifications.

(1)相互に別体で構成された複数の機器により血流解析装置100を実現することも可能である。例えば、前述の各形態で例示した演算処理部61を、携帯電話機またはスマートフォン等の汎用の情報端末により実現することも可能である。また、演算処理部61が生成した血流情報を、情報端末が具備する表示装置24に表示させる構成も採用され得る。 (1) It is also possible to realize the blood flow analysis device 100 by a plurality of devices configured separately from one another. For example, it is also possible to realize the arithmetic processing unit 61 illustrated in each of the above-described embodiments by a general-purpose information terminal such as a mobile phone or a smartphone. Moreover, the structure which displays the blood-flow information which the arithmetic processing part 61 produced | generated on the display apparatus 24 which an information terminal comprises can also be employ | adopted.

(2)出力回路34を構成する複数の要素の順序は前述の各形態の例示に限定されない。例えば、前述の各形態では、信号処理部52が生成した検出信号ScをA/D変換部53がA/D変換したが、例えば図18に例示される通り、信号処理部52とA/D変換部53との順序を逆転することも可能である。図18の構成では、信号増幅部51が増幅した検出信号SbをA/D変換部53がアナログからデジタルに変換し、変換後の検出信号Scに対するフィルター処理で信号処理部52が検出信号Sdを生成する。したがって、検出信号Scのうち処理帯域B内の成分を抑制するデジタルフィルターが信号処理部52として利用される。また、制御装置20がプログラムを実行することで信号処理部52を実現することも可能である。つまり、信号処理部52は、ソフトウェアフィルターであってもよい。 (2) The order of the plurality of elements constituting the output circuit 34 is not limited to the above-described exemplary embodiments. For example, although the A / D conversion unit 53 A / D converts the detection signal Sc generated by the signal processing unit 52 in each of the embodiments described above, the signal processing unit 52 and the A / D are illustrated as illustrated in FIG. It is also possible to reverse the order with the conversion unit 53. In the configuration of FIG. 18, the A / D conversion unit 53 converts the detection signal Sb amplified by the signal amplification unit 51 from analog to digital, and the signal processing unit 52 performs detection processing on the detection signal Sc after conversion. Generate Therefore, a digital filter that suppresses the component in the processing band B of the detection signal Sc is used as the signal processing unit 52. Also, the signal processing unit 52 can be realized by the control device 20 executing a program. That is, the signal processing unit 52 may be a software filter.

(3)前述の各形態では、血流速度Vを血流情報として例示したが、血流に関する情報(血流情報)の種類は以上の例示に限定されない。例えば、前述の数式(1a)で算定される血流量指標Fを血流情報として被験者に提示することも可能である。また、血液量指標(いわゆるMASS値)を検出信号Sdから算定して、当該血液量指標を血流情報として算定してもよい。また、血流量指標F、血液量指標および血流速度V等の血流情報から他の生体情報を生成することも可能である。例えば、血圧、平均血圧、脈圧、酸素飽和度(SpO2)、血管径、または血管年齢(血管の硬さ)等の各種の生体情報が、血流量指標Fおよび血流速度V等の血流情報から推定され得る。 (3) Although the blood flow velocity V is illustrated as blood flow information in each embodiment described above, the type of information on blood flow (blood flow information) is not limited to the above examples. For example, it is also possible to present the subject with the blood flow index F calculated by the above equation (1a) as blood flow information. Alternatively, a blood volume index (so-called MASS value) may be calculated from the detection signal Sd, and the blood volume index may be calculated as blood flow information. It is also possible to generate other biological information from blood flow information such as blood flow index F, blood volume index and blood flow velocity V. For example, various biological information such as blood pressure, average blood pressure, pulse pressure, oxygen saturation (SpO2), blood vessel diameter, or blood vessel age (blood vessel hardness), the blood flow such as blood flow index F and blood flow velocity V It can be deduced from the information.

(4)前述の各形態では、処理帯域B内で周波数が高い成分ほど抑制されるようにゲインが連続的に減少するフィルター処理(図5)が実行されたが、信号処理部52が実行するフィルター処理の周波数特性は以上の例示に限定されない。図19に示される通り、処理帯域B内において高周波側にむかって段階的にゲインを減少させるフィルター処理を実行してもよい。図5および図19のフィルター処理は、処理帯域B内で周波数が高い成分ほど抑制されるようなフィルター処理(すなわち周波数が高いほどゲインが単調減少するフィルター処理)である。また、図20に示される通り、図5のフィルター処理において、処理帯域B内でゲインを特定の値に設定した範囲を所定の間隔で設けてもよい。図20では、ゲインを0に設定した範囲を所定の間隔で設けた場合を例示したが、設定されるゲインは0以上でもよい。 (4) In the above-described embodiments, the filter processing (FIG. 5) in which the gain is continuously reduced so that the higher the frequency in the processing band B is suppressed, the signal processing unit 52 performs The frequency characteristics of the filtering process are not limited to the above examples. As shown in FIG. 19, a filtering process may be performed in which the gain is reduced stepwise toward the high frequency side in the processing band B. The filter processing in FIGS. 5 and 19 is filter processing in which the higher the frequency in the processing band B is, the more the filter processing is suppressed (ie, the higher the frequency, the monotonically decreasing gain). Further, as shown in FIG. 20, in the filter processing of FIG. 5, a range in which the gain is set to a specific value may be provided at predetermined intervals in the processing band B. Although FIG. 20 exemplifies the case where the range in which the gain is set to 0 is provided at predetermined intervals, the set gain may be 0 or more.

さらには、複数のフィルター処理を組合せてもよい。例えば、処理帯域B内で周波数が高い成分ほど抑制されるようにゲインが連続的に減少するフィルター処理(図5)と、高周波側にむかって段階的にゲインを減少させるフィルター処理(図19)と、ゲインが0に設定される範囲を所定の間隔で設けるフィルター処理(図20)とのうち、いずれか複数(2つまたは3つ)のフィルター処理を実行してもよい。以上の説明から理解される通り、処理帯域B内の周波数fHの成分が処理帯域Bの下端の周波数Fxよりも低い周波数fLの成分と比較して抑制されるようにフィルター処理が実行されれば、フィルター処理の周波数特性は任意である。ただし、処理帯域B内で周波数が高い成分ほど抑制されるようにゲインが連続的に変化するフィルター処理(図5)を実行する前述の各形態によれば、高周波側において特に支配的となるショットノイズの影響が低減されるという効果をより有効に実現できる。   Furthermore, multiple filtering processes may be combined. For example, the filter processing in which the gain is continuously decreased so that the higher the frequency in the processing band B is suppressed (FIG. 5), and the filter processing in which the gain is decreased stepwise toward the high frequency side (FIG. 19) A plurality of (two or three) filters may be executed among the filter processing (FIG. 20) in which the range in which the gain is set to 0 is provided at predetermined intervals. As understood from the above description, if filtering is performed so that the component of the frequency fH in the processing band B is suppressed compared to the component of the frequency fL lower than the frequency Fx at the lower end of the processing band B The frequency characteristics of the filtering process are arbitrary. However, according to the above-described embodiments in which the filter processing (FIG. 5) in which the gain changes continuously so that the higher the frequency in the processing zone B is suppressed, the shot that becomes particularly dominant on the high frequency side The effect of reducing the influence of noise can be realized more effectively.

(5)前述の各形態では、単体の機器として構成された血流解析装置100を例示したが、以下の例示の通り、血流解析装置100の複数の要素は相互に別体の装置として実現され得る。 (5) In each of the above-described embodiments, the blood flow analysis apparatus 100 configured as a single device is illustrated, but as in the following example, a plurality of elements of the blood flow analysis apparatus 100 are realized as separate devices from each other It can be done.

前述の各形態では、検出装置30を具備する血流解析装置100を例示したが、図21に例示される通り、検出装置30を血流解析装置100とは別体とした構成も想定される。検出装置30は、例えば被験者の手首や上腕等の測定部位Mに装着される可搬型の光学センサーモジュールである。血流解析装置100は、例えば携帯電話機またはスマートフォン等の情報端末で実現される。腕時計型の情報端末で血流解析装置100を実現してもよい。検出装置30が生成した検出信号Sdが有線または無線で血流解析装置100に送信される。血流解析装置100の演算処理部61は、検出信号Sdから血流情報を算定して表示装置24に表示する。以上の説明から理解される通り、検出装置30は血流解析装置100から省略され得る。   In each of the above-described embodiments, the blood flow analysis apparatus 100 including the detection apparatus 30 is illustrated, but as illustrated in FIG. 21, a configuration in which the detection apparatus 30 is separated from the blood flow analysis apparatus 100 is also assumed. . The detection device 30 is, for example, a portable optical sensor module mounted on a measurement site M such as the subject's wrist or upper arm. The blood flow analysis device 100 is realized by an information terminal such as a mobile phone or a smartphone. The blood flow analysis device 100 may be realized by a watch-type information terminal. The detection signal Sd generated by the detection device 30 is transmitted to the blood flow analysis device 100 in a wired or wireless manner. The arithmetic processing unit 61 of the blood flow analysis device 100 calculates blood flow information from the detection signal Sd and displays it on the display device 24. As understood from the above description, the detection device 30 can be omitted from the blood flow analysis device 100.

前述の各形態では、表示装置24を具備する血流解析装置100を例示したが、図22に例示される通り、表示装置24を血流解析装置100とは別体とした構成も想定される。血流解析装置100の演算処理部61は、検出信号Sdから血流情報を算定し、当該指標を表示するためのデータを表示装置24に送信する。表示装置24は、専用の表示機器であってもよいが、例えば、携帯電話機もしくはスマートフォン等の情報端末、または、被験者が携帯可能な腕時計型の情報端末に搭載されてもよい。血流解析装置100の演算処理部61が算定した血流情報は、有線または無線により表示装置24に送信される。表示装置24は、血流解析装置100から受信した血流情報を表示する。以上の説明から理解される通り、表示装置24は血流解析装置100から省略され得る。   In each of the above-described embodiments, the blood flow analysis device 100 including the display device 24 is illustrated, but as illustrated in FIG. 22, a configuration in which the display device 24 is separated from the blood flow analysis device 100 is also assumed. . The arithmetic processing unit 61 of the blood flow analysis device 100 calculates blood flow information from the detection signal Sd, and transmits data for displaying the index to the display device 24. The display device 24 may be a dedicated display device, but may be mounted on, for example, an information terminal such as a mobile phone or a smart phone, or a watch-type information terminal portable by a subject. The blood flow information calculated by the arithmetic processing unit 61 of the blood flow analysis device 100 is transmitted to the display device 24 by wire or wirelessly. The display device 24 displays blood flow information received from the blood flow analysis device 100. As understood from the above description, the display device 24 can be omitted from the blood flow analysis device 100.

図23に例示される通り、検出装置30および表示装置24を血流解析装置100(生体解析部)とは別体とした構成も想定される。例えば、血流解析装置100(生体解析部)が、携帯電話機やスマートフォン等の情報端末に搭載される。   As exemplified in FIG. 23, a configuration in which the detection device 30 and the display device 24 are separated from the blood flow analysis device 100 (biological analysis unit) is also assumed. For example, the blood flow analysis device 100 (biological analysis unit) is mounted on an information terminal such as a mobile phone or a smartphone.

なお、検出装置30と血流解析装置100とを別体とした構成において、検出装置30に強度スペクトルを算定する要素を搭載することも可能である。検出装置30が算定した強度スペクトルが有線または無線により血流解析装置100に送信される。   In addition, in a configuration in which the detection device 30 and the blood flow analysis device 100 are separated, it is possible to mount an element for calculating an intensity spectrum in the detection device 30. The intensity spectrum calculated by the detection device 30 is transmitted to the blood flow analysis device 100 by wire or wireless.

(6)前述の各形態では、筐体部12とベルト14とから構成される腕時計型の血流解析装置100を例示したが、血流解析装置100の具体的な形態は任意である。例えば、被験者の身体に貼付可能なパッチ型、被験者の耳介に装着可能なイヤリング型、被験者の指先に装着可能な指装着型(例えば着爪型)、または、被験者の頭部に装着可能な頭部装着型など、任意の形態の血流解析装置100が採用され得る。 (6) In each of the above-described embodiments, the wristwatch-type blood flow analysis apparatus 100 including the housing 12 and the belt 14 is illustrated, but the specific form of the blood flow analysis apparatus 100 is arbitrary. For example, a patch type that can be applied to the subject's body, an earring type that can be attached to the subject's auricle, a finger-mounted type (for example, nailed type) that can be attached to the subject's fingertips, or can be attached to the subject's head Any form of blood flow analysis device 100 such as a head mounted type may be employed.

(7)前述の各形態では、被験者の血流情報を表示装置24に表示したが、血流情報を被験者に報知するための構成は以上の例示に限定されない。例えば、血流情報を音声で被験者に報知することも可能である。被験者の耳部に装着可能な耳装着型の血流解析装置100においては、血流情報を音声で報知する構成が特に好適である。また、血流情報を被験者に報知することは必須ではない。例えば、血流解析装置100が算定した血流情報を通信網から他の通信装置に送信してもよい。また、血流解析装置100の記憶装置22や血流解析装置100に着脱可能な可搬型の記録媒体に血流情報を格納してもよい。 (7) In each of the above-described embodiments, the blood flow information of the subject is displayed on the display device 24. However, the configuration for notifying the subject of the blood flow information is not limited to the above examples. For example, blood flow information can be reported to the subject by voice. In the ear-worn blood flow analysis apparatus 100 that can be attached to the subject's ear, a configuration in which blood flow information is notified by voice is particularly preferable. Furthermore, it is not essential to notify blood flow information to the subject. For example, the blood flow information calculated by the blood flow analysis device 100 may be transmitted from the communication network to another communication device. Alternatively, blood flow information may be stored in a portable recording medium that can be attached to or detached from the storage device 22 of the blood flow analysis device 100 or the blood flow analysis device 100.

(8)前述の各形態では、被験者の血流を解析する血流解析装置100を例示したが、本発明が適用される範囲は血流の解析に限定されない。例えば、血液以外の各種の液体(例えば管内を流動する薬液)の流動を解析する装置にも本発明を適用することが可能である。以上の説明から理解される通り、本発明の好適な態様は、流体を解析する装置(流体解析装置)であり、前述の各形態で説明した血流解析装置100は、本発明の好適な態様に係る流体解析装置の例示である。 (8) In each of the above-described embodiments, the blood flow analysis device 100 that analyzes the blood flow of a subject is illustrated, but the scope to which the present invention is applied is not limited to the analysis of blood flow. For example, the present invention can be applied to an apparatus that analyzes the flow of various liquids other than blood (for example, a drug solution flowing in a tube). As understood from the above description, the preferred embodiment of the present invention is a device for analyzing a fluid (fluid analysis device), and the blood flow analysis device 100 described in each of the above embodiments is a preferred embodiment of the present invention It is an illustration of a fluid analysis device concerning the above.

(9)前述の各形態に係る血流解析装置100は、前述の例示の通り、制御装置20とプログラムとの協働により実現される。本発明の好適な態様に係るプログラムは、コンピューターが読取可能な記録媒体に格納された形態で提供されてコンピューターにインストールされ得る。また、配信サーバーが具備する記録媒体に格納されたプログラムを、通信網を介した配信の形態でコンピューターに提供することも可能である。記録媒体は、例えば非一過性(non-transitory)の記録媒体であり、CD-ROM等の光学式記録媒体(光ディスク)が好例であるが、半導体記録媒体または磁気記録媒体等の公知の任意の形式の記録媒体を包含し得る。なお、非一過性の記録媒体とは、一過性の伝搬信号(transitory, propagating signal)を除く任意の記録媒体を含み、揮発性の記録媒体を除外するものではない。 (9) The blood flow analysis device 100 according to each of the above-described embodiments is realized by the cooperation of the control device 20 and the program, as described above. The program according to the preferred embodiment of the present invention may be provided in the form of being stored in a computer readable recording medium and installed on the computer. Moreover, it is also possible to provide a computer stored in a recording medium of the distribution server in the form of distribution via a communication network. The recording medium is, for example, a non-transitory recording medium, and is preferably an optical recording medium (optical disc) such as a CD-ROM, but any known medium such as a semiconductor recording medium or a magnetic recording medium may be used. Recording media of the form Note that non-transitory recording media include any recording media except transient propagation signals, and do not exclude volatile recording media.

100…血流解析装置、12…筐体部、14…ベルト、20…制御装置、22…記憶装置、24…表示装置、30…検出装置、31…発光部、32…受光部、321,322…受光素子、33…駆動回路、34…出力回路、51…信号増幅部、52…信号処理部、53…A/D変換部、61…演算処理部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Blood flow analysis apparatus, 12 ... Housing | casing part, 14 ... Belt, 20 ... Control apparatus, 22 ... Storage apparatus, 24 ... Display apparatus, 30 ... Detection apparatus, 31 ... Light emission part, 32 ... Light reception part, 321, 322 ... Light receiving element, 33 ... Drive circuit, 34 ... Output circuit, 51 ... Signal amplification unit, 52 ... Signal processing unit, 53 ... A / D conversion unit, 61 ... Arithmetic processing unit.

Claims (10)

血管を通過したレーザー光の強度を表す検出信号に対し、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるようにフィルター処理を実行する信号処理部と、
前記フィルター処理後の信号から、前記血管内の血流に関する情報を生成する演算処理部と
を具備する血流解析装置。
In the detection signal representing the intensity of the laser beam that has passed through the blood vessel, filtering is performed so that the component of the frequency within the predetermined processing band is suppressed compared to the component of the frequency lower than the frequency of the lower end of the processing band. A signal processing unit to be executed,
And a calculation processing unit configured to generate information on blood flow in the blood vessel from the signal after the filtering process.
前記演算処理部は、前記フィルター処理後の信号の強度スペクトルにおける各周波数の強度と当該周波数との積を所定の演算範囲について積算することで、前記血流に関する情報を生成し、
前記処理帯域と前記演算範囲とは部分的に相互に重複する
請求項1の血流解析装置。
The arithmetic processing unit generates information on the blood flow by integrating a product of the intensity of each frequency in the intensity spectrum of the filtered signal and the frequency for a predetermined arithmetic range.
The blood flow analysis device according to claim 1, wherein the processing band and the calculation range partially overlap each other.
前記信号処理部は、前記検出信号に対し、前記所定の処理帯域内で周波数が高い成分ほど抑制されるように前記フィルター処理を実行する
請求項1または請求項2の血流解析装置。
The blood flow analysis device according to claim 1 or 2, wherein the signal processing unit performs the filtering process on the detection signal so as to suppress a component having a higher frequency in the predetermined processing band.
前記演算範囲は、第1周波数と前記第1周波数を上回る第2周波数との間の範囲であり、
前記処理帯域の下端の周波数は、前記第2周波数を下回る
請求項2または請求項3の血流解析装置。
The calculation range is a range between a first frequency and a second frequency above the first frequency,
The blood flow analysis device according to claim 2 or 3, wherein the frequency at the lower end of the processing band is lower than the second frequency.
前記処理帯域の下端の周波数は、前記演算範囲の1/2だけ前記第1周波数よりも高い周波数を上回る
請求項4の血流解析装置。
The blood flow analysis device according to claim 4, wherein the frequency at the lower end of the processing band exceeds the frequency higher than the first frequency by 1/2 of the calculation range.
前記処理帯域の下端の周波数は、前記演算範囲の3/4だけ前記第1周波数よりも高い周波数を下回る
請求項5の血流解析装置。
The blood flow analysis device according to claim 5, wherein the frequency at the lower end of the processing band falls below the frequency higher than the first frequency by 3/4 of the calculation range.
前記処理帯域の下端の周波数は、前記演算範囲の2/3だけ前記第1周波数よりも高い周波数である
請求項6の血流解析装置。
The blood flow analysis device according to claim 6, wherein the lower end frequency of the processing band is a frequency higher than the first frequency by 2/3 of the calculation range.
前記処理帯域は、前記信号処理部による前記検出信号の抑制が6dB/Oct以上となる範囲である
請求項1から請求項7の何れかの血流解析装置。
The blood flow analysis device according to any one of claims 1 to 7, wherein the processing band is a range in which the suppression of the detection signal by the signal processing unit is 6 dB / Oct or more.
血管を通過したレーザー光の強度を表す検出信号に対し、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるようにフィルター処理を実行し、
前記フィルター処理後の信号から、前記血管内の血流に関する情報を生成する
血流解析方法。
In the detection signal representing the intensity of the laser beam that has passed through the blood vessel, filtering is performed so that the component of the frequency within the predetermined processing band is suppressed compared to the component of the frequency lower than the frequency of the lower end of the processing band. Run
A blood flow analysis method for generating information on blood flow in the blood vessel from the signal after the filtering process.
血管を通過したレーザー光の強度を表す検出信号に対し、所定の処理帯域内の周波数の成分が当該処理帯域の下端の周波数よりも低い周波数の成分と比較して抑制されるようにフィルター処理を実行する信号処理部、および、
前記フィルター処理後の信号から、前記血管内の血流に関する情報を生成する演算処理部
としてコンピューターを機能させるプログラム。
In the detection signal representing the intensity of the laser beam that has passed through the blood vessel, filtering is performed so that the component of the frequency within the predetermined processing band is suppressed compared to the component of the frequency lower than the frequency of the lower end of the processing band. A signal processing unit to be executed, and
The program which functions a computer as an arithmetic processing part which produces | generates the information regarding the blood flow in the said blood vessel from the signal after the said filter process.
JP2017206737A 2017-04-25 2017-10-26 Blood flow analyzer, blood flow analysis method and program Active JP6996224B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017206737A JP6996224B2 (en) 2017-10-26 2017-10-26 Blood flow analyzer, blood flow analysis method and program
US15/945,882 US20180303429A1 (en) 2017-04-25 2018-04-05 Blood flow analyzer, blood flow analysis method, and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017206737A JP6996224B2 (en) 2017-10-26 2017-10-26 Blood flow analyzer, blood flow analysis method and program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019076539A true JP2019076539A (en) 2019-05-23
JP6996224B2 JP6996224B2 (en) 2022-01-17

Family

ID=66626908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017206737A Active JP6996224B2 (en) 2017-04-25 2017-10-26 Blood flow analyzer, blood flow analysis method and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6996224B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6173197B1 (en) * 1996-11-09 2001-01-09 Moor Instruments Limited Apparatus for measuring microvascular blood flow
JP2005287820A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 U-Medica Inc Biophenomenon measuring and recording device and method for removing noise component
JP2012210321A (en) * 2011-03-31 2012-11-01 Pioneer Electronic Corp Light detection device and fluid measuring device
WO2015198470A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-30 パイオニア株式会社 Measurement device and measurement method
JP2017077351A (en) * 2015-10-20 2017-04-27 株式会社デンソー Pulse wave signal processing device
JP2017086625A (en) * 2015-11-13 2017-05-25 東芝ホームテクノ株式会社 rice cooker

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6173197B1 (en) * 1996-11-09 2001-01-09 Moor Instruments Limited Apparatus for measuring microvascular blood flow
JP2005287820A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 U-Medica Inc Biophenomenon measuring and recording device and method for removing noise component
JP2012210321A (en) * 2011-03-31 2012-11-01 Pioneer Electronic Corp Light detection device and fluid measuring device
WO2015198470A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-30 パイオニア株式会社 Measurement device and measurement method
JP2017077351A (en) * 2015-10-20 2017-04-27 株式会社デンソー Pulse wave signal processing device
JP2017086625A (en) * 2015-11-13 2017-05-25 東芝ホームテクノ株式会社 rice cooker

Also Published As

Publication number Publication date
JP6996224B2 (en) 2022-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11116414B2 (en) Biological analysis device, biological analysis method, and program
JP6597410B2 (en) Biological information measuring device and biological information measuring method
US20100081940A1 (en) Laser Self-Mixing Sensors for Biological Sensing
EP3315062B1 (en) Bio-signal quality assessment apparatus and method and bio-signal measurement parameter optimization apparatus and method
JP6750367B2 (en) Blood pressure measuring device and blood pressure measuring method
JP2018007894A (en) Measuring device, measuring method, and measuring program
US20180303429A1 (en) Blood flow analyzer, blood flow analysis method, and program
US20180168465A1 (en) Measurement device and measurement method
WO2020246258A1 (en) Blood pressure measurement device, blood pressure measurement system, blood pressure measurement method, and blood pressure measurement program
JP2019187637A (en) Living body analysis apparatus, living body analysis method, and program
JP4719713B2 (en) Biological information measuring device
JP6996224B2 (en) Blood flow analyzer, blood flow analysis method and program
JP7019962B2 (en) Fluid analysis device, blood flow analysis device and fluid analysis method
US11666237B2 (en) Measurement apparatus and measurement method
JP7069598B2 (en) Bioanalyzers, bioanalysis methods and programs
JP2018007907A (en) Detection device and measurement apparatus
JP7052191B2 (en) Detection device and detection method
JP6996220B2 (en) Bioanalyzers, bioanalysis methods and programs
JP7039925B2 (en) Bioanalyzer
US11253205B2 (en) Pulse pressure and blood pressure analysis device, pulse pressure and blood pressure analysis method, and program
JP2019033900A (en) Organism analyzer, organism analysis method and program
JPH11287859A (en) Laser range finder
JP2018029870A (en) Detection device and detection method
JP7010002B2 (en) Pulse wave analyzer, pulse wave analysis method and program
JP2019208617A (en) Organism analyzer, organism analysis method and program

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200916

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210618

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210622

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210806

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211116

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211129

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6996224

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150