JP2019141410A - 生体情報測定装置、及び生体情報測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いに関係なく生体情報を処理する場合と比較して、外乱を考慮して生体情報を測定することができる。
【解決手段】生体情報測定装置１０は、光電センサ１１の第１の発光部から出射されて生体を透過した光に基づく第１の脈波信号と、光電センサ１１の第２の発光部から出射されて生体を透過した光に基づく第２の脈波信号と、を取得し、第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いに基づき、第１の脈波信号及び第２の脈波信号の少なくとも一方を用いて、生体の酸素飽和度を算出する酸素飽和度測定部１４を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、生体情報測定装置、及び生体情報測定プログラムに関する。

特許文献１には、測定しようとする血液成分と反応する第１及び第２波長の光を被検体に照射し、前記被検体から透過される第１及び第２波長の光を光電変換させて得られるＰＰＧ信号を分析して前記血液成分の濃度を予測する分光学を利用した血液成分分析システムにおいて、（ａ）所定の単位時間の間、前記第１及び第２波長に対するＰＰＧ信号を収集する段階と、（ｂ）前記（ａ）段階で収集されたＰＰＧ信号に含まれたｎ個のパルスデータに対してｎ個（ここで、ｎは正の整数）の媒介変数を算出する段階と、（ｃ）前記（ｂ）段階で算出されたｎ個の媒介変数の平均値を算出する段階と、（ｄ）前記ｎ個の媒介変数中、前記平均値から所定の標準偏差を外れる媒介変数が占める比率を所定の消去基準値と比較してｎ個のパルスデータの有効の如何を判断する段階と、を含むことを特徴とする異常データ消去方法が開示されている。

特開２００４−２０９２５７号公報

従来、赤色領域の光に基づく脈波信号及び非赤色領域の光に基づく脈波信号から酸素飽和度等の生体情報を測定する装置が提案されている。

しかしながら、脈波信号を得るために指等に装着するプローブが適切に装着されていなかったり、体動によって光源と受光素子との位置関係が変化したりする等の外乱により精度良く測定できない場合がある。

本発明は、第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いに関係なく生体情報を処理する場合と比較して、外乱を考慮して生体情報を測定することができる生体情報測定装置及び生体情報測定プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の生体情報測定装置は、第１の発光部から出射されて生体を透過した光に基づく第１の脈波信号と、第２の発光部から出射されて前記生体を透過した光に基づく第２の脈波信号と、を取得する取得部と、前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の相関度合いに基づき、前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の少なくとも一方を用いて、前記生体の生体情報を算出する算出部と、を備える。

請求項２記載の発明は、前記算出部は、前記生体の脈拍の１周期分の前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の相関度合いに基づき、前記生体の生体情報を算出する。

請求項３記載の発明は、前記算出部は、前記生体の脈拍の１周期分よりも短い期間の前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の相関度合いに基づき、前記生体の生体情報を算出する。

請求項４記載の発明は、前記算出部は、前記相関度合いが第１の閾値以上の期間における前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の少なくとも一方を用いて、前記生体情報を算出する。

請求項５記載の発明は、前記算出部は、前記相関度合いが第１の閾値未満の期間における前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号を用いずに前記生体情報を算出する。

請求項６記載の発明は、前記相関度合いが前記第１の閾値未満の期間の長さが第２の閾値以上になった場合に報知する報知部を備える。

請求項７記載の発明は、前記算出部は、前記相関度合いを重みとして前記生体情報を重み付け演算することにより前記生体情報を算出する。

請求項８記載の発明は、前記相関度合いが高いほど、前記重みを重くする。

請求項９記載の発明は、前記第１の脈波信号は、赤色領域の光に基づく脈波信号であり、前記第２の脈波信号は、非赤色領域の光に基づく脈波信号である。

請求項１０記載の発明の生体情報測定プログラムは、コンピュータを、請求項１〜９の何れか一項に記載の生体情報測定装置の各部として機能させるための生体情報測定プログラムである。

請求項１、１０記載の発明によれば、第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いに関係なく生体情報を処理する場合と比較して、外乱を考慮して生体情報を測定することができる、という効果を有する。

請求項２記載の発明によれば、生体の脈拍の１周期分よりも短い期間の第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いに基づいて生体情報を算出する場合と比較して、精度良く生体情報を算出することができる、という効果を有する。

請求項３記載の発明によれば、生体の脈拍の１周期分の第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いに基づいて生体情報を算出する場合と比較して、より短い間隔で生体情報を算出することができる、という効果を有する。

請求項４記載の発明によれば、相関度合いが第１の閾値未満の期間における第１の脈波信号及び第２の脈波信号の少なくとも一方を用いて生体情報を算出する場合と比較して、精度良く生体情報を算出することができる、という効果を有する。

請求項５記載の発明によれば、相関度合いが第１の閾値未満の期間における第１の脈波信号及び第２の脈波信号を用いて生体情報を算出する場合と比較して、精度良く生体情報を算出することができる、という効果を有する。

請求項６記載の発明によれば、相関度合いが第１の閾値未満の期間の長さが第２の閾値以上になっても報知しない場合と比較して、測定環境に異常が発生していることを容易に把握することができる、という効果を有する。

請求項７記載の発明によれば、相関度合いに関係なく生体情報を算出する場合と比較して、精度良く生体情報を算出することができる、という効果を有する。

請求項８記載の発明によれば、相関度合いが高いほど重みを重くしない場合と比較して、精度良く生体情報を算出することができる、という効果を有する。

請求項９記載の発明によれば、赤色領域の光に基づく脈波信号及び非赤色領域の光に基づく脈波信号の相関度合いが考慮された生体情報を算出することができる、という効果を有する。

血中の酸素飽和度の測定例を示す模式図である。 生体に吸収される光の吸光量の変化例を示すグラフである。 酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの各波長に対する光の吸光量の一例を示す図である。 第１実施形態に係る生体情報測定装置の構成例を示す図である。 発光素子及び受光素子の配置例を示す図である。 発光素子及び受光素子の他の配置例を示す図である。 生体情報測定装置における電気系統の要部構成例を示す図である。 第１実施形態に係る生体情報測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 脈拍１周期分の第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いについて説明するための図である。 脈拍１周期分の第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いについて説明するための図である。 脈拍１周期分の第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いについて説明するための図である。 脈拍１周期分より短い期間の第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いについて説明するための図である。 脈拍１周期分より短い期間の第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関度合いについて説明するための図である。 第２実施形態に係る生体情報測定装置の構成例を示す図である。 第２実施形態に係る生体情報測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る生体情報測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 相関係数を重みとして生体情報を重み付き演算する場合について説明するための図である。

以下、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、機能が同じ構成要素及び処理には全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明を省略する。

＜第１実施形態＞

生体情報測定装置１０は生体８に関する情報（生体情報）のうち、特に循環器系に関する生体情報を測定する装置である。循環器系とは、例えば血液のような体液を体内で循環させながら輸送するための器官群を総称するものである。

循環器系に関する生体情報には複数の指標が存在するが、血液を血管に送り出す心臓の状態を示す指標の１つとして、例えば心臓から拍出される血液量を表す心拍出量(CO:Cardiac Output)が挙げられる。

心拍出量が基準値より低下すると例えば左心不全の疑いがあり、心拍出量が基準値より増加すると例えば右心不全の疑いがあることが知られているなど、心拍出量は様々な心臓疾患の検査、又は投薬効果の確認に利用されている。

心拍出量の測定方法には、例えば心拍出量の測定対象者である被測定者の肺動脈に、先端にバルーンが付いたカテーテルを挿入し、バルーンを膨張及び収縮させながら血中の酸素飽和度を測定し、測定した酸素飽和度から心拍出量を算出する方法が用いられる。ここで血中の酸素飽和度とは、血中の酸素濃度を示す指標の一例であり、血液中のヘモグロビンがどの程度酸素と結合しているかを示す指標であり、血中の酸素飽和度が低下するにつれて、例えば貧血等の症状が発生しやすくなることを示すものである。

しかしながら、カテーテルを用いた心拍出量の測定方法では、被測定者の血管にカテーテルを挿入する必要があるため外科的処置が必要となり、他の測定方法に比べて被測定者における侵襲性が高くなる。

したがって、カテーテルを用いた心拍出量の測定方法よりも被測定者の負担が少なくなるように、被測定者の脈波から得られる酸素飽和度を用いて心拍出量を測定する方法が研究されている。脈波とは、心臓による血液の送り出しに伴う血管の拍動変化を示す指標である。

まず、図１を参照して、生体情報のうち、血中の酸素飽和度の測定方法について説明する。

図１に示すように、血中の酸素飽和度は、被測定者の体(生体８)に向けて発光素子１から光を照射し、受光素子３で受光した、被測定者の体内に張り巡らされている動脈４、静脈５、及び毛細血管６等で反射又は透過した光の強さ、すなわち反射光又は透過光の受光量を用いて測定される。

図２は、例えば生体８に吸収される光量の変化量を示す概念図である。図２に示すように、生体８における吸光量は、時間の経過と共に変動する傾向が見られる。

更に、生体８における吸光量の変動に関する内訳について見てみると、主に動脈４によって吸光量が変動し、静脈５及び静止組織を含むその他の組織では、動脈４に比べて吸光量が変動しないとみなせる程度の変動量であることが知られている。これは、心臓から拍出された動脈血は脈波を伴って血管内を移動するため、動脈４が動脈４の断面方向に沿って経時的に伸縮し、動脈４の厚みが変化するためである。なお、図２において、矢印９４で示される範囲が、動脈４の厚みの変化に対応した吸光量の変動量を示す。

図２において、時刻ｔ_aにおける受光量をＩ_a、時刻ｔ_bにおける受光量をＩ_bとすれば、動脈４の厚みの変化による光の吸光量の変化量ΔＡは、（１）式で表される。

（数１）
ΔＡ＝ｌｎ(Ｉ_b／Ｉ_a)・・・（１）

これに対して、図３は、動脈４を流れる酸素と結合したヘモグロビン（酸化ヘモグロビン）及び酸素と結合していないヘモグロビン（還元ヘモグロビン）の各波長に対する光の吸光量の一例を示す図である。図３において、グラフ９６が酸化ヘモグロビンにおける光の吸光量を表し、グラフ９７が還元ヘモグロビンにおける光の吸光量を表す。

図３に示すように、酸化ヘモグロビンは還元ヘモグロビンと比較して、約８５０ｎｍ近辺の波長を有する赤外線(infrared:IR)領域９９の光を吸収しやすく、還元ヘモグロビンは酸化ヘモグロビンと比較して、特に約６６０ｎｍ近辺の波長を有する赤色領域９８の光を吸収しやすいことが知られている。なお、赤外線領域９９は、非赤色領域の一例である。

更に、酸素飽和度は、異なる波長における吸光量の変化量ΔＡの比率と比例関係があることが知られている。

したがって、他の波長の組み合わせに比べて、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光量の差が現われやすい赤外光(ＩＲ光)と赤色光を用いて、ＩＲ光を生体８に照射した場合の吸光量の変化量ΔＡ_IRと、赤色光を生体８に照射した場合の吸光量の変化量ΔＡ_Redとの比率をそれぞれ算出することで、（２）式によって酸素飽和度Ｓが算出される。なお、（２）においてｋは比例定数である。

（数２）
Ｓ＝ｋ(ΔＡ_Red／ΔＡ_IR)・・・（２）

すなわち、血中の酸素飽和度を算出する場合、それぞれ異なる波長の光を照射する複数の発光素子１を生体８に照射する。具体的には、ＩＲ光を照射する発光素子１と赤色光を照射する発光素子１を生体８に用いる。この場合、ＩＲ光を照射する発光素子１と赤色光を照射する発光素子１との発光期間は重複してもよいが、望ましくは発光期間が重複しないよう発光させる。そして、各々の発光素子１による反射光又は透過光を受光素子３で受光して、各受光時点における受光量から（１）式及び（２）式、又は、これらの式を変形して得られる公知の式から算出することで、酸素飽和度が測定される。

上記（１）式を変形して得られる公知の式として、例えば（１）式を展開して、光の吸光量の変化量ΔＡを（３）式のように表してもよい。

（数３）
ΔＡ＝ｌｎＩ_b−ｌｎＩ_a・・・（３）

また、（１）式は（４）式のように変形することができる。

（数４）
ΔＡ＝ｌｎ(Ｉ_b／Ｉ_a)＝ｌｎ(１＋(Ｉ_b-Ｉ_a)／Ｉ_a) ・・・（４）

通常、（Ｉ_b-Ｉ_a）≪Ｉ_aであることから、ｌｎ(Ｉ_b／Ｉ_a)≒(Ｉ_b-Ｉ_a)／Ｉ_aが成り立つため、（１）式の代わりに、光の吸光量の変化量ΔＡとして（５）式を用いてもよい。

（数５）
ΔＡ≒(Ｉ_b-Ｉ_a)／Ｉ_a ・・・（５）

以降では、ＩＲ光を照射する発光素子１と赤色光を照射する発光素子１とを区別して説明する必要がある場合、ＩＲ光を照射する発光素子１を「発光素子１Ａ」といい、赤色光を照射する発光素子１を「発光素子１Ｂ」ということにする。なお、発光素子１Ａは第２の発光部の一例であり、発光素子１Ｂは第１の発光部の一例である。

こうした方法によれば、発光素子１及び受光素子３を被測定者の体表に近づけることで血中の酸素飽和度が測定されるため、血管にカテーテルを挿入して血中の酸素飽和度を測定するよりも被測定者の負担が少なくなる。

図４は、生体情報測定装置１０の構成例を示す図である。図４に示すように、生体情報測定装置１０は光電センサ１１、脈波処理部１２、及び酸素飽和度測定部１４を含む。

光電センサ１１は、約８５０ｎｍの波長を中心波長とするＩＲ光を照射する発光素子１Ａ、約６６０ｎｍの波長を中心波長とする赤色光を照射する発光素子１Ｂ、及びＩＲ光及び赤色光を受光する受光素子３を備える。

図５に光電センサ１１における発光素子１Ａ、発光素子１Ｂ、及び受光素子３の配置例を示す。図５に示すように、発光素子１Ａ、発光素子１Ｂ、及び受光素子３は、生体８の一方の面に向かって並べて配置される。この場合、受光素子３は、生体８の毛細血管６等で反射されたＩＲ光及び赤色光を受光する。

しかしながら、発光素子１Ａ、発光素子１Ｂ、及び受光素子３の配置は、図５の配置例に限定されない。例えば、図６に示すように、発光素子１Ａ及び発光素子１Ｂと、受光素子３とをそれぞれ生体８を挟んで対向する位置に配置するようにしてもよい。この場合、受光素子３は、生体８を透過したＩＲ光及び赤色光を受光する。

ここでは一例として、発光素子１Ａ及び発光素子１Ｂは、例えばVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)のような面発光レーザ素子として説明するが、これに限らず、端面発光レーザ素子であってもよい。また、発光素子１Ａ及び発光素子１ＢはLED(Light Emitting Diode)であってもよい。

光電センサ１１には、被測定者の体の部位に光電センサ１１を取り付けるための図示しないクリップが備えられており、ＩＲ光及び赤色光が光電センサ１１から外部に漏れないように、光電センサ１１は図示しないクリップによって被測定者の体表に接触するように取り付けられる。被測定者の生体８で反射又は透過したＩＲ光及び赤色光を受光素子３でできるだけ正確に受光するためには、光電センサ１１を被測定者の体表に接触するように配置することが好ましいが、被測定者の生体８で反射したＩＲ光及び赤色光、又は被測定者の生体８を透過したＩＲ光及び赤色光が受光素子３で受光される範囲内で、光電センサ１１を体表から離した位置に取り付けてもよい。

光電センサ１１は、受光素子３で受光したＩＲ光及び赤色光のそれぞれの受光量を例えば電圧値に変換して脈波処理部１２に出力する。

発光素子１Ａ及び発光素子１Ｂからは予め定めた光量が照射されているため、光電センサ１１で受光したＩＲ光及び赤色光のそれぞれの受光量から、生体８におけるＩＲ光及び赤色光の吸光量が得られる。

したがって、脈波処理部１２は、光電センサ１１から受け付けたＩＲ光及び赤色光のそれぞれの受光量を用いて、ＩＲ光から得られた被測定者の脈波を表す脈波信号と、赤色光から得られた被測定者の脈波を表す脈波信号をそれぞれ生成する。脈波処理部１２は、受け付けたＩＲ光及び赤色光のそれぞれの受光量に対応する電圧値が、脈波信号の生成に適した予め定めた範囲に含まれるように電圧値を増幅する。そして、脈波処理部１２は、公知のフィルタ等を用いてノイズ成分を除去したそれぞれの脈波信号を生成する。脈波処理部１２は、生成したそれぞれの脈波信号を酸素飽和度測定部１４に出力する。なお、以下では、赤色光から得られた被測定者の脈波を表す脈波信号を第１の脈波信号と称し、ＩＲ光から得られた被測定者の脈波を表す脈波信号を第２の脈波信号と称する場合がある。

酸素飽和度測定部１４は、脈波処理部１２から第１の脈波信号及び第２の脈波信号を取得し、取得した第１の脈波信号及び第２の脈波信号から被測定者の酸素飽和度を測定する。具体的には、酸素飽和度測定部１４は第１の脈波信号及び第２の脈波信号を用いて、動脈４の厚みの変化によるＩＲ光の吸光量の変化量ΔＡ_IRと、赤色光の吸光量の変化量ΔＡ_Redとをそれぞれ（１）式に従って算出する。そして、酸素飽和度測定部１４は、算出した変化量ΔＡ_IRと変化量ΔＡ_Redを用いて、例えば（２）式から被測定者の酸素飽和度を測定して出力する。なお、酸素飽和度は、生体情報の一例である。また、酸素飽和度測定部１４は、取得部及び算出部の一例である。

以降では一例として、酸素飽和度測定部１４が被測定者の酸素飽和度を測定する例について説明するが、酸素飽和度測定部１４は、被測定者の酸素飽和度の時間変化を示す値であればどのような値を測定してもよい。例えば、酸素飽和度測定部１４は、酸素飽和度の逆数、又は変化量ΔＡ_Redと変化量ΔＡ_IRの比率といった、酸素飽和度の時間変化と相関関係を有する値を測定してもよい。

上述した生体情報測定装置１０は、例えばコンピュータを用いて構成される。図７は、コンピュータ２０を用いて構成された生体情報測定装置１０における電気系統の要部構成例を示す図である。

コンピュータ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、不揮発性メモリ２４、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）２５を備える。そして、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、不揮発性メモリ２４、及びＩ／Ｏ２５がバス２６を介して各々接続されている。なお、ＣＰＵ２１は、脈波処理部１２及び酸素飽和度測定部１４として機能する。

不揮発性メモリ２４は、不揮発性メモリ２４に供給される電力が遮断されても記憶した情報を維持する記憶装置の一例であり、例えば半導体メモリが用いられるがハードディスクであってもよい。

Ｉ／Ｏ２５には、例えば光電センサ１１、入力ユニット２７、表示ユニット２８、及び通信ユニット２９が接続される。

光電センサ１１はＩ／Ｏ２５と有線又は無線によって接続される。なお、生体情報測定装置１０と光電センサ１１とが分離されるように、それぞれを別体として構成してもよく、生体情報測定装置１０と光電センサ１１とが一体化されるように、それぞれを同じ筺体に収容する構成としてもよい。

入力ユニット２７は、例えば生体情報測定装置１０のユーザの指示を受け付けてＣＰＵ２１に通知するユニットである。入力ユニット２７には、例えばボタン、タッチパネル、キーボード、及びマウス等が含まれる。ここで生体情報測定装置１０のユーザとは、例えば被測定者及び生体情報測定装置１０を操作する例えば医療従事者等の操作者が含まれる。

表示ユニット２８は、例えばＣＰＵ２１で処理された情報を視覚的に生体情報測定装置１０のユーザに表示するユニットである。表示ユニット２８には、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬ(Electro Luminescence)、及びプロジェクタ等の表示装置が用いられる。

なお、表示ユニット２８は必ずしも生体情報測定装置１０に必要なユニットではなく、例えば測定結果等を生体情報測定装置１０のユーザに報知するものであれば、どのような種類のユニットがＩ／Ｏ２５に接続されてもよい。

例えば、生体情報測定装置１０から通知される情報を生体情報測定装置１０のユーザに音声で通知する場合、表示ユニット２８の代わりに例えばスピーカーユニットを接続してもよい。また、生体情報測定装置１０から通知される情報を生体情報測定装置１０のユーザに体感を通して通知する場合、表示ユニット２８の代わりに例えば振動ユニットを接続してもよい。更には、例えば表示ユニット２８及びスピーカーユニットのように複数のユニットを用いて、生体情報測定装置１０から通知される情報を生体情報測定装置１０のユーザに通知してもよい。

通信ユニット２９は、例えばインターネット等の通信回線と生体情報測定装置１０を接続する通信プロトコルを備え、通信回線に接続される他の外部装置と生体情報測定装置１０との間でデータ通信を行う。通信ユニット２９における通信回線への接続形態は有線であっても無線であってもよい。生体情報測定装置１０が通信回線に接続される他の外部装置とデータ通信を行う必要がなければ、必ずしもＩ／Ｏ２５に通信ユニット２９を接続する必要はない。

なお、Ｉ／Ｏ２５に接続されるユニットは上述した例に限られず、例えば印字ユニット等、他のユニットをＩ／Ｏ２５に接続してもよい。

次に、図８を参照して、第１実施形態に係る生体情報測定装置１０の動作について説明する。

図８は、例えば被測定者の指先に光電センサ１１が取り付けられた状態で、生体情報測定装置１０のユーザから入力ユニット２７を介して酸素飽和度の測定指示を受け付けた場合に、ＣＰＵ２１によって実行される生体情報測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図８の生体情報測定処理は、測定終了が指示されるまで繰り返し実行される。

生体情報測定処理を規定する生体情報測定プログラムは、例えば生体情報測定装置１０のＲＯＭ２２に予め記憶されている。生体情報測定装置１０のＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に記憶される生体情報測定プログラムを読み込み、生体情報測定処理を実行する。なお、生体情報測定処理が実行されている期間は、発光素子１Ａ、１Ｂは、予め定めた周期で発光を繰り返し、受光素子３は、発光素子１Ａ、１Ｂが発光したタイミングに同期して発光素子１Ａ、１Ｂから発光された光を受光することを繰り返す。

ステップＳ１００では、脈波信号を取得する。すなわち、光電センサ１１から受け付けたＩＲ光及び赤色光のそれぞれの受光量を用いて、赤外光から得られた被測定者の脈波を表す第１の脈波信号と、ＩＲ光から得られた被測定者の脈波を表す第２の脈波信号と、をそれぞれデジタル値として取得し、第１の脈波信号の値と第２の脈波信号の値をＲＡＭ２３に記憶する。

ステップＳ１０２では、予め定めた期間分の第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値がＲＡＭ２３に格納されたか否かを判定する。ここで、予め定めた期間は、本実施形態では一例として生体の脈拍の１周期分、例えば１秒程度とされるが、これに限られるものではない。

そして、ステップＳ１０２の判定が肯定された場合はステップＳ１０４へ移行し、ステップＳ１０２の判定が否定された場合はステップＳ１００へ戻り、予め定めた期間分の第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値がＲＡＭ２３に格納されるまで脈波信号の生成を繰り返す。

ステップＳ１０４では、予め定めた期間分の第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値の相関係数を算出する。なお、相関係数は相関度合いの一例である。相関係数は公知の手法により求められる。例えば予め定めた期間にｎ（ｎは２以上の整数）個の第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値が取得された場合、相関係数ｒは、ｎ個の第１の脈波信号の値及びｎ個の第２の脈波信号の値の共分散Ｓ_１２と、ｎ個の第１の脈波信号の値の標準偏差Ｓ_１と、ｎ個の第２の脈波信号の値の標準偏差Ｓ_２と、から次式により求められる。

（数６）
ｒ＝Ｓ_１２／（Ｓ_１×Ｓ_２） ・・・（６）

なお、相関係数の算出方法はこれに限られるものではなく、第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値の相関度合いを表すものであればよい。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で算出した相関係数が予め定めた閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップＳ１０８へ移行し、否定判定の場合は本ルーチンを終了する。閾値ＴＨ１は、相関係数が閾値ＴＨ１以上の場合は外乱等の影響により酸素飽和度の測定精度が許容範囲外となる値に設定される。例えば閾値ＴＨ１は実測試験等の結果から予め設定される。なお、閾値ＴＨ１は第１の閾値の一例である。

図９〜１１には、脈拍１周期分の第１の脈波信号（Ｒｅｄ）及び第２の脈波信号（ＩＲ）の波形と、第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関の度合いを表すグラフを示した。図９〜１１に示すように、図９に示す第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関の度合いの方が、図１０、１１に示す第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関の度合いと比較して高いことが判る。

ステップＳ１０８では、酸素飽和度を測定する。すなわち、ＲＡＭ２３に記憶された第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値から赤色光の吸光量の変化量及びＩＲ光の吸光量の変化量を算出し、算出した双方の変化量を用いて酸素飽和度を算出する。

このように、本実施形態では、第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値の相関係数が閾値ＴＨ１以上の期間における第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値を用いて、酸素飽和度を算出する。換言すれば、第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値の相関係数が閾値ＴＨ１未満の期間における第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値を用いずに、酸素飽和度を算出する。これにより、外乱等の影響により第１の脈波信号及び第２の脈波信号の少なくとも一方が乱れた場合でも、算出された酸素飽和度の信頼度の低下が抑えられる。

なお、本実施形態では、図８のステップＳ１０２の判定で用いられる予め定めた期間が生体の脈拍の１周期分である場合について説明したが、これに限られない。例えば、生体の脈拍の１周期分よりも短い期間の第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関係数に基づいて酸素飽和度を算出してもよい。

図１２、１３には、脈拍１周期分より短い期間ｔの第１の脈波信号（Ｒｅｄ）及び第２の脈波信号（ＩＲ）の波形と、第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関の度合いを表すグラフを示した。なお、期間ｔは、少なくとも第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値の相関の度合いを算出するのに必要な個数のデータが得られる期間に設定される。

図１２、１３に示すように、図１２に示す第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関の度合いの方が、図１３に示す第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関の度合いと比較して高いことが判る。

また、本実施形態では、第１の脈波信号及び第２の脈波信号を用いて生体情報としての酸素飽和度を算出する場合について説明したが、これに限られない。例えば第１の脈波信号のみを用いて脈拍数等の他の生体情報を算出してもよいし、第２の脈波信号のみを用いて、同様に脈拍数等の他の生体情報を算出してもよい。

＜第２実施形態＞

次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１４には、第２実施形態に係る生体情報測定装置１０Ａの構成例を示した。図１４に示す生体情報測定装置１０Ａが図４に示す生体情報測定装置１０と異なる点は、報知部１６を備えた点である。

報知部１６は、脈波処理部１２から出力された第１の脈波信号及び第２の脈波信号の相関係数を算出し、算出した相関係数が第１の閾値ＴＨ１未満の期間の長さが第２の閾値ＴＨ２以上になった場合に、脈波信号の信頼性が低下していることを報知する。

次に、図１５を参照して、第２実施形態に係る生体情報測定装置１０Ａの動作について説明する。

図１５は、第２実施形態に係る生体情報測定処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図１５の生体情報測定処理は、測定終了が指示されるまで繰り返し実行される。

図１５に示す生体情報測定処理が図８に示す生体情報測定処理と異なる点は、ステップＳ１０７、Ｓ１１０〜Ｓ１１４の処理が追加されている点である。

ステップＳ１００〜Ｓ１０６の処理は、図８のステップＳ１００〜Ｓ１０６の処理と同一である。

ステップＳ１０６の判定が肯定されると、ステップＳ１０７において、信頼性低下カウンタを０にリセットする。

ステップＳ１０８の処理は、図８のステップＳ１０８の処理と同一である。

ステップＳ１０６の判定が否定されると、ステップＳ１１０において、信頼性低下カウンタの値を１つインクリメントする。

ステップＳ１１２では、信頼性低下カウンタの値が予め定めた閾値ＴＨ２以上であるか否かを判定する。なお、第２の閾値ＴＨ２は、信頼性低下カウンタの値が閾値ＴＨ２以上の場合は外乱等の影響により酸素飽和度の測定精度が許容範囲外となる値に設定される。例えば閾値ＴＨ２は実測試験等の結果から予め設定される。なお、閾値ＴＨ２は第２の閾値の一例である。

そして、信頼性低下カウンタの値が閾値ＴＨ２以上の場合はステップＳ１１４へ移行し、信頼性低下カウンタの値が閾値ＴＨ２未満の場合は、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１４では、酸素飽和度の測定の信頼性が低下していることを報知する。例えば、表示ユニット２８に警告メッセージを表示する、図示しないブザーを鳴らす、図示しないバイブレータを振動させる等の報知処理を実行する。なお、報知処理はこれらに限られるものではない。

このように、第２実施形態では、第１の脈波信号の値及び第２の脈波信号の値の相関係数が第１の閾値ＴＨ１未満の期間の長さが第２の閾値ＴＨ２以上になった場合に、脈波信号の信頼性が低下していることを報知する。これにより、生体情報測定装置１０Ａの被測定者は、指等に装着するプローブが適切に装着されていない等、測定環境に異常が発生していることを認識する。

＜第３実施形態＞

次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

第３実施形態に係る生体情報測定装置の構成は、図４の生体情報測定装置１０と同一であるので説明は省略する。

図１６には、第３実施形態に係る生体情報測定処理の流れの一例を示すフローチャートを示した。なお、図１６の生体情報測定処理は、測定終了が指示されるまで繰り返し実行される。

図１６に示す生体情報測定処理が図８に示す生体情報測定処理と異なる点は、ステップＳ１０６の処理が省略されている点、Ｓ１２０〜Ｓ１２４の処理が追加されている点である。

ステップＳ１００〜Ｓ１０４、Ｓ１０８の処理は、図８のステップＳ１００〜Ｓ１０４、Ｓ１０８の処理と同一である。

ステップＳ１２０では、ステップＳ１０４で算出した相関係数及びステップＳ１０８で算出した酸素飽和度をＲＡＭ２３に格納する。

ステップＳ１２２では、ＲＡＭ２３に予め定めた個数の相関係数及び酸素飽和度がＲＡＭ２３に格納されたか否かを判定する。なお、予め定めた個数は、例えば数個〜数十個とされるが、これに限られるものではない。

そして、ステップＳ１２２の判定が肯定判定の場合はステップＳ１２４へ移行する。一方、ステップＳ１２２の判定が否定判定の場合はステップＳ１００へ戻り、予め定めた個数の相関係数及び酸素飽和度がＲＡＭ２３に格納されるまで同じ処理を繰り返す。

ステップＳ１２４では、酸素飽和度の重み付き平均値を算出する。例えば、ｎ個分（ｎは２以上の整数）の相関係数及び酸素飽和度を用いて酸素飽和度の重み付き平均値を算出する場合、生体情報値としての酸素飽和度Ｘ１〜Ｘｎと、酸素飽和度Ｘ１〜Ｘｎに対応した相関係数Ｙ１〜Ｙｎと、を用いて酸素飽和度の重み付き平均値Ｚを次式により算出する。

（数７）
Ｚ＝｛（Ｘ１×Ｙ１）＋（Ｘ２×Ｙ２）＋・・・＋（Ｘｎ×Ｙｎ）｝／（Ｙ１＋Ｙ２＋・・・＋Ｙｎ） ・・・（７）

例えば図１７の例の場合、相関係数Ｙ１〜Ｙ５の和は３．８７となり、上記（７）式の分母には３．８７が代入される。

このように、第３実施形態では、相関係数を重みとして酸素飽和度を重み付け演算する。そして、相関係数が高いほど重みが重くなる。換言すれば、相関係数が低いほど重みが小さくなる。このため、相関係数が低いときに算出された酸素飽和度は、最終的に算出される酸素飽和度の重み付き平均値に与える影響が小さくなる。

なお、上記（７）式は、酸素飽和度の重み付き平均値を相加平均によって算出する式であるが、相乗平均又は調和平均を用いて酸素飽和度の重み付き平均値を算出してもよい。

以上、各実施の形態を用いて本発明について説明したが、本発明は各実施の形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で各実施の形態に多様な変更又は改良を加えることができ、当該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、受光素子３で受光したＩＲ光及び赤色光のそれぞれの受光量が脈波処理部１２に入力される構成としたが、脈波処理部１２を省略して、受光素子３で受光したＩＲ光及び赤色光のそれぞれの受光量が直接酸素飽和度測定部１４に入力される構成としてもよい。

また、各実施の形態では、一例として生体情報測定処理をソフトウエアで実現する形態について説明したが、図８、図１５、図１６に示したフローチャートと同等の処理を、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）に実装し、ハードウエアで処理させるようにしてもよい。この場合、検出処理の高速化が図られる。

また、上述した各実施の形態では、生体情報測定プログラムがＲＯＭ１２にインストールされている形態を説明したが、これに限定されるものではない。本発明に係る生体情報測定プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記録された形態で提供することも可能である。例えば、本発明に係る生体情報測定プログラムを、ＣＤ(Compact Disc)−ＲＯＭ、又はＤＶＤ(Digital Versatile Disc)−ＲＯＭ等の光ディスクに記録した形態で提供してもよい。また、本発明に係る生体情報測定プログラムを、ＵＳＢメモリ及びフラッシュメモリ等の半導体メモリに記録した形態で提供してもよい。更に、生体情報測定装置１０は通信ユニット２９を介して、通信回線に接続された外部装置から本発明に係る生体情報測定プログラムを取得するようにしてもよい。

１（１Ａ、１Ｂ）・・・発光素子
３・・・受光素子
４・・・動脈
５・・・静脈
６・・・毛細血管
８・・・生体
１０、１０Ａ・・・生体情報測定装置
１１・・・光電センサ
１２・・・脈波処理部
１４・・・酸素飽和度測定部
１６・・・報知部
２０・・・コンピュータ
２１・・・ＣＰＵ

Claims (10)

1. 第１の発光部から出射されて生体を透過した光に基づく第１の脈波信号と、第２の発光部から出射されて前記生体を透過した光に基づく第２の脈波信号と、を取得する取得部と、
   前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の相関度合いに基づき、前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の少なくとも一方を用いて、前記生体の生体情報を算出する算出部と、
   を備えた生体情報測定装置。
2. 前記算出部は、前記生体の脈拍の１周期分の前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の相関度合いに基づき、前記生体の生体情報を算出する
   請求項１記載の生体情報測定装置。
3. 前記算出部は、前記生体の脈拍の１周期分よりも短い期間の前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の相関度合いに基づき、前記生体の生体情報を算出する
   請求項１記載の生体情報測定装置。
4. 前記算出部は、前記相関度合いが第１の閾値以上の期間における前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号の少なくとも一方を用いて、前記生体情報を算出する
   請求項１〜３の何れか１項に記載の生体情報測定装置。
5. 前記算出部は、前記相関度合いが第１の閾値未満の期間における前記第１の脈波信号及び前記第２の脈波信号を用いずに前記生体情報を算出する
   請求項１〜３の何れか１項に記載の生体情報測定装置。
6. 前記相関度合いが前記第１の閾値未満の期間の長さが第２の閾値以上になった場合に報知する報知部
   を備えた請求項５記載の生体情報測定装置。
7. 前記算出部は、前記相関度合いを重みとして前記生体情報を重み付け演算することにより前記生体情報を算出する
   請求項１〜６の何れか１項に記載の生体情報測定装置。
8. 前記相関度合いが高いほど、前記重みを重くする
   請求項７記載の生体情報測定装置。
9. 前記第１の脈波信号は、赤色領域の光に基づく脈波信号であり、前記第２の脈波信号は、非赤色領域の光に基づく脈波信号である
   請求項１〜８の何れか１項に記載の生体情報測定装置。
10. コンピュータを、請求項１〜９の何れか一項に記載の生体情報測定装置の各部として機能させるための生体情報測定プログラム。