JP2019170540A - Biometric measurement device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体の測定装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a biological measurement apparatus and program.
生体の一部に光を照射し、生体からの反射光量又は透過光量を検出して、生体情報を検出する測定装置が知られている。生体情報とは、例えば、脈拍数や血管の硬化度合いといった、生体が発する種々の生理学的・解剖学的情報である。例えば、脈拍数は、血管内の血液移動に伴う反射又は透過光量の変動を示す脈波信号に基づき検出することができる。また、例えば、血管の硬化度合いは、脈波信号を2回微分した加速度脈波信号(以下、単に、加速度信号と呼ぶ。)の特徴点に基づいて検出することができる。 2. Description of the Related Art There are known measuring apparatuses that detect biological information by irradiating a part of a living body with light and detecting the amount of reflected light or transmitted light from the living body. The biological information is, for example, various physiological / anatomical information emitted by the living body, such as the pulse rate and the degree of vascular hardening. For example, the pulse rate can be detected based on a pulse wave signal indicating fluctuations in the amount of reflected or transmitted light accompanying blood movement in the blood vessel. For example, the degree of hardening of the blood vessel can be detected based on a feature point of an acceleration pulse wave signal (hereinafter simply referred to as an acceleration signal) obtained by differentiating the pulse wave signal twice.
特許文献1は、生体情報の測定装置の一例である脈波測定装置を開示している。特許文献1によると、脈波測定装置は、指尖部に対して光束を照射し、その反射光量の時間的な変動から脈波を検出している。生体情報の検出において、測定開始後に生体の測定状態が変化すると、測定精度が低下し得る。そのため、特許文献2は、測定中に生体の測定状態が変化すると、発光パルスの発光時間や発光間隔といった測定条件を切り替える構成を開示している。また、特許文献3は、受光部が検出した検出信号の特徴点のタイミングに基づいて、受光部の動作モードを切り替えることにより、測定装置の消費電力を削減する構成を開示している。
生体情報の検出中に測定条件を切り替えると、受光部が検出する検出信号が変化し、この検出信号の変化により、検出信号から生体情報を検出することが難しくなる。一方、測定条件の切替のために測定を中断すると、連続した生体情報の検出が途切れてしまい、さらに、生体情報の検出時間が長くなる。特許文献2は、測定条件を切り替えることを開示しているが、それに伴う検出信号の変動の影響を回避する構成を開示してはいない。特許文献3は、消費電力の削減を目的とし、生体の測定状態の変化に応じて測定条件を切り替えるものでなく、かつ、この切り替えに起因する検出信号の変動の影響を回避する構成を開示してはいない。
When the measurement condition is switched during the detection of the biological information, the detection signal detected by the light receiving unit changes, and it becomes difficult to detect the biological information from the detection signal due to the change in the detection signal. On the other hand, if measurement is interrupted to switch measurement conditions, detection of continuous biological information is interrupted, and the detection time of biological information becomes longer.
本発明は、測定中に測定条件を切り替えるための技術を提供するものである。 The present invention provides a technique for switching measurement conditions during measurement.
本発明の一態様によると、測定装置は、測定位置に向けて光を射出する光源と、前記測定位置にある生体からの反射光、又は、前記測定位置にある生体を透過した透過光を波長に応じて分光する分光手段と、複数の画素を有し、前記複数の画素の各画素は、前記分光手段が分光した所定の波長を含む光を受光する受光手段と、を含む分光センサと、前記受光手段の所定画素の受光結果から生体信号を生成する生成手段と、前記生体信号の周期を判定する第1判定手段と、前記生体信号の特徴量を検出する検出手段と、前記生体の測定条件を前記分光センサに設定する設定手段と、前記生体信号に基づき前記測定条件の変更が必要か否かを判定する第2判定手段と、前記生体信号の第1周期において前記測定条件の変更が必要であると前記第2判定手段が判定すると、前記第1周期において前記検出手段が前記特徴量を検出してから前記第1周期の終了時刻までの期間内で前記測定条件の変更が可能であるかを判定する第3判定手段と、を備えていることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the measuring device uses a light source that emits light toward the measurement position, reflected light from the living body at the measurement position, or transmitted light that has passed through the living body at the measurement position. A spectroscopic sensor including a spectroscopic means for performing spectroscopic analysis according to the above, and a plurality of pixels, and each pixel of the plurality of pixels includes a light receiving means for receiving light including a predetermined wavelength spectrally separated by the spectroscopic means, A generation unit that generates a biological signal from a light reception result of a predetermined pixel of the light receiving unit, a first determination unit that determines a cycle of the biological signal, a detection unit that detects a feature amount of the biological signal, and a measurement of the biological body A setting means for setting a condition in the spectroscopic sensor, a second determination means for determining whether or not the measurement condition needs to be changed based on the biological signal, and a change in the measurement condition in the first period of the biological signal. Said second if necessary When the determination means determines, a third determination is made as to whether or not the measurement condition can be changed within a period from when the detection means detects the feature amount in the first cycle to an end time of the first cycle. And a determination unit.
本発明によると、測定中に測定条件を切り替えることができる。 According to the present invention, measurement conditions can be switched during measurement.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the following embodiment is an illustration and does not limit this invention to the content of embodiment. In the following drawings, components that are not necessary for the description of the embodiments are omitted from the drawings.
<第一実施形態>
図10は、本実施形態による測定装置1の斜視図である。なお、図10(A)は、シャッタ部材102が開口部500を覆った状態を示し、図10(B)は、シャッタ部材102が退避位置に移動されて開口部500が露出した状態を示している。なお、開口部500は、ハウジング110内部への異物の落下を防止する透明カバー400で覆われている。ハウジング110には、図10のX方向に沿った溝状のガイドレール116が設けられている。また、ガイド部材103のガイド部131は、このガイドレール116にはめ込まれている。これにより、ガイド部材103及びシャッタ部材102は、X方向において、ガイドレール116が設けられた範囲内で移動可能な様になっている。なお、ガイド部材103のガイド部131には、ハウジング110内においてバネが取り付けられている。そして、このバネの力により、ガイド部材103に外部から力を加えない状態において、ガイド部材103は、図10(A)の位置で止まる様になっている。ユーザが生体情報を測定する際、ユーザは、指によりガイド部材103の指受け部320をX方向に押し込み、ガイド部材103及びシャッタ部材102をX方向にスライドさせる。ガイド部材103及びシャッタ部材102をガイドレール116で制限される位置まで指で押し込むと、指の先端部分が開口部500を覆う状態となる様に、測定装置1は構成されている。この状態において、ハウジング110の内部から、白色光源21(図2)は、開口部500を介して指に光を照射し、ハウジング110の内部のラインセンサ24(図2)は、その反射光を受光する。
<First embodiment>
FIG. 10 is a perspective view of the
また、ハウジング110には、軸受部119により回転可能に保持される押圧部材105と押圧バネ151が設けられている。押圧バネ151は、押圧部材105に対して、開口部500に向かう力を加える。また、押圧部材105には押圧リブ152が設けられ、シャッタ部材102には被押圧リブ123が設けられる。図10(A)の状態では、押圧リブ152が被押圧リブ123に当接し、これにより、シャッタ部材102はハウジング110の上面に対し付勢される。また、シャッタ部材102の開口部500側の面には、白色基準板が設けられる。この白色基準板は、ハウジング110内部の白色光源21やラインセンサ24等のキャリブレーションに使用される。シャッタ部材102は、キャリブレーション時にハウジング110から開口部500を介して外部に光が漏れることを防止する。また、押圧部材105は、測定時、測定対象の指先を開口部500の位置で安定させる役割も有する。
The
図2は、測定装置1のハウジング110内に配置されるハードウェアの構成図である。CPU50は、測定装置1の全体を制御する制御部である。CPU50は、ROM51に格納されたプログラムに基づいて後述する各種制御を実行する。なお、CPU50は、各種制御を実行する際に使用するデータや、一時的に記憶する必要があるデータをRAM52に記憶する。CPU50は、バス53を介して、ROM51と、RAM52と、I/Oポート54と、AD変換回路55と、外部通信回路56と通信できる。光源駆動回路60は、白色光源21の発光を制御する。また、CPU50は、I/Oポート54を介して、光源駆動回路60を制御することで、白色光源21の発光強度を制御することができる。さらに、CPU50は、I/Oポート54を介して、ラインセンサ24の電荷蓄積時間の設定を行うことができる。ラインセンサ24は、後述する様に、白色光源21が射出した光の反射光を集光レンズ22及び回折格子23を介して受光し、受光量に応じた電圧をAD変換回路55に出力する。そして、CPU50は、AD変換回路55を介して、ラインセンサ24が出力する受光量に応じた電圧を取得する。さらに、CPU50は、外部通信回路56を介して外部機器30と通信可能な様に構成される。なお、集光レンズ22、回折格子23及びラインセンサ24は、分光測色計(分光センサ)を構成している。或いは、白色光源21、集光レンズ22、回折格子23及びラインセンサ24は、分光センサを構成している。
FIG. 2 is a configuration diagram of hardware arranged in the
図1は、本実施形態における測定装置1の動作を説明するためのブロック図である。CPU50は、ROM51に格納されたプログラムを実行することで、I/Oポート54、光源駆動回路60、AD変換回路55、外部通信回路56、ROM51及びRAM52と協働して図1の制御部10として機能する。発光制御部11は、CPU50及び光源駆動回路60に対応し、白色光源21の発光強度を調整し、かつ、白色光源21の発光を制御する。白色光源21は、可視光全体にわたる発光波長分布を有する。白色光源21としては、例えば、タングステン光や白色LED、RGB(レッド、グリーン、ブルー)の3色LED等を使用可能である。本実施形態において白色光源21は、青色光を発光するLED素子を、黄色の蛍光材を混合した樹脂でパッケージングした白色LEDであるものとする。図3(A)は、本実施形態で用いる白色光源21の波長別の相対強度(輝度)を示している。波長450nm付近のピークは青色LEDの発光スペクトルであり、600nm付近のピークは黄色蛍光体のスペクトルである。このスペクトルは蛍光材がLED素子からの光を受けて蛍光したときに発生される光によるものである。
FIG. 1 is a block diagram for explaining the operation of the measuring
図1に示す様に、白色光源21が射出する光70は、ハウジング110の開口部500を、その法線方向に対して約45度の角度で通過して測定位置にある測定対象90である指先を照射する。そして、この照射光は、測定対象90の光吸収特性に応じた散乱光71となる。散乱光71の一部は、集光レンズ22により平行光72に変換され、回折格子23に90度の入射角で入射する。回折格子23は、入射光を波長に応じて分光する。分光された分散光73は、ラインセンサ24の各画素に入射する。ラインセンサ24の各画素は、入射した分散光73の受光量に応じた電圧を受光量検出部12に出力する。図3(B)は、ラインセンサ24の模式図である。本実施形態によるラインセンサ24は、波長約400nmから約700nmの可視光を5nm単位で検出するために必要な60画素を有する。本実施形態では、ラインセンサ24の1番の画素が約400nm、60番の画素が約700nmの波長を含む光を検出する様に、測定装置1は調整して組み立てられている。受光量検出部12は、CPU50、AD変換回路55及びI/Oポート54に対応する。実際には、AD変換回路55は、ラインセンサ24が出力する各画素の電圧をそれぞれ、例えば、12ビットのデジタル値に変換し、CPU50は、この各画素の受光量を示すデジタル値をAD変換回路55から取得する。本実施形態のラインセンサ24は、電荷蓄積型であり、所定の蓄積時間に入射した分散光の光量に応じて、画素ごとに電圧信号を出力する。ラインセンサ24での蓄積時間は、受光量検出部12、より詳しくは、CPU50がI/Oポート54を介してラインセンサ24に設定する。
As shown in FIG. 1, the light 70 emitted from the
生体信号生成部13は、所定画素の受光結果、つまり、受光量を示す値に基づき生体信号を生成する。本実施形態では、生体の指先を測定対象90とし、約590nmの波長を含む光を検知する38番の画素の受光量に基づき生体信号を生成する。この生体信号は、指尖容積脈波信号としても参照される。生体信号の生成に使用する約590nmの波長は、血液中のヘモグロビンでの吸光量が比較的大きい波長である。
The biological
外部通信部17は、外部通信回路56に対応し、外部機器30と通信を行う。外部機器30は、測定装置1に測定開始及び測定終了の指示を行う。また、測定装置1は、生体信号や、生体信号を複数回微分した信号や、生体信号の周期Cや、生体信号の特徴点等を外部機器30に送信する。なお、外部機器30は、生体信号の周期Cから脈拍の値を算出することができる。さらに、外部機器30は、各特徴点及びその値に基づき血管の硬化度合いを判定することができる。外部機器30は、例えば、パーソナルコンピュータやタブレット端末である。なお、外部機器30との通信は、有線であっても無線であっても良い。条件変更部14については後述する。
The
図4は、生体情報の検出処理のフローチャートである。測定装置1は、外部機器30から測定開始指示を受信すると、S100で、測定条件を決定する。なお、測定条件は、例えば、白色光源21の発光強度や、ラインセンサ24の電荷蓄積時間(受光時間)である。例えば、発光制御部11は、白色光源21を所定の発光強度で発光させ、受光量検出部12は、生体信号の生成に使用する38番の画素の受光量を所定期間検出する。そして、制御部10は、所定期間で検出した受光量の最大値がAD変換回路55により検出可能な電圧範囲の最大値付近となる様に、白色光源21の発光強度及び/又はラインセンサ24の電荷蓄積時間を決定し、これを測定条件とする。なお所定期間は、生成する生体信号である指尖容積脈波信号の1周期以上とし、例えば、2秒とすることができる。なお、S100で測定条件を決定するための白色光源21の発光強度については予め決めておく。そして、制御部10は、この発光強度と、38番の画素の受光量の最大値に基づき、使用する白色光源21の発光強度及び/又はラインセンサ24の電荷蓄積時間を計算により求める。なお、白色光源21の発光強度及び/又はラインセンサ24の電荷蓄積時間を所定期間毎に変化させながら、受光量の最大値が適切となる白色光源21の発光強度及び/又はラインセンサ24の電荷蓄積時間を求める構成であっても良い。制御部10は、決定した測定条件を発光制御部11及び受光量検出部12にS101で設定する。これにより、発光制御部11は、S100で決定した発光強度で白色光源21を発光させる。また、受光量検出部12は、S100で決定した電荷蓄積時間をラインセンサ24に設定する。
FIG. 4 is a flowchart of the biometric information detection process. When the
生体信号生成部13は、38番の画素の各タイミングの受光量に基づき生体信号を生成し、周期算出部15及び特徴算出部16に生体信号を出力する。なお、生体信号生成部13は、38番の画素の各タイミングの受光量をそのまま時系列で示すことで生体信号を生成することができる。また、生体信号生成部13は、38番の画素の各タイミングの受光量を所定数毎に区切り、所定数の平均値を求め、この平均値を時系列で示すことで生体信号を生成することができる。また、生体信号生成部13は、38番の画素の所定数のタイミングの受光量の移動平均により生体信号を生成することができる。また、各タイミングの受光量又はその平均値を時系列で示す信号に対してフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の信号を生体信号とすることができる。周期算出部15及び特徴算出部16は、S102で生体信号を検知する。そして、周期算出部15は、S103で、生体信号の周期Cを生体信号の極値に基づき判定する。周期算出部15は、例えば、生体信号の局所的最小値の時間間隔に基づき生体信号の周期Cを判定する。図5(A)は、生体信号と、生体信号の周期C(C1〜C4の4回分)の検出例を示している。また、周期算出部15は、生体信号を2回微分した加速度信号の局所的最大値の時間間隔に基づき生体信号の周期を判定することもできる。図5(B)は、加速度信号と、加速度信号の局所的最大値の時間間隔から判定される生体信号の周期C(C'1〜C'4の4回分)の検出例を示している。
The biological
また、特徴算出部16は、S104で、生体信号の特徴点及びその値を算出する。本実施形態においては、生体信号の周期Cの開始タイミングを基点として、生体信号を2回微分した加速度信号の局所的最大値及び局所的最小値の最初の5つを特徴点とする。なお、生体信号の周期Cの開始タイミングは、生体信号の局所的最小値のタイミングとする。図5(C)は、5つの特徴点a、b、c、d及びeの一例をしている。なお、特徴算出部16は、生体信号を4回微分した信号の局所的最大値及び局所的最小値を特徴点とすることもできる。より一般的には、特徴算出部16は、生体信号を1回以上微分した微分信号の変化点の情報を特徴量とすることができる。また、特徴点とする数は、4に限定されず、他の数であっても良い。外部通信部17は、S105で、生体信号と、加速度信号と、生体信号の周期Cと、特徴点及びその値と、を外部機器30に出力する。制御部10は、S106で、外部機器30から測定終了指示を受信したかを判定し、測定終了指示を受信するまで、S102から処理を繰り返す。
In step S104, the
図6は、図4のS102からS105の処理を繰り返している間に行う、測定条件の変更処理のフローチャートである。S200で、条件変更部14は、周期算出部15が、生体信号の周期Cを算出するまで待機する。図7(A)は、タイミングTaにおいて、周期算出部15が、生体信号の周期C1の終わりを検知した状態を示している。本実施形態において、周期算出部15は、生体信号の振幅が所定時間以上連続して上昇することを検出することで、生体信号の局所的最小値を検出している。つまり、周期算出部15は、生体信号の周期C1の終了時間(局所的最小値となった時刻)を事後的に検出する。
FIG. 6 is a flowchart of measurement condition change processing performed while the processing from S102 to S105 in FIG. 4 is repeated. In S200, the
タイミングTaで生体信号の1つ前の周期の終了を検出すると、条件変更部14は、S201で、現在の周期C(図7(A)の周期C2)での特徴算出部16による特徴点算出の終了まで待機する。図7(A)には、特徴点の算出が終了したタイミングをタイミングTbとして示している。特徴点の算出が完了すると、条件変更部14は、S202で、現在の周期C2の開始タイミングから生体信号の特徴点の算出終了までの時間を特徴点算出期間Pとして算出する。特徴点算出期間Pは、周期C1の終了タイミング(周期C2の開始タイミング)からタイミングTbまでの期間となる。条件変更部14は、S203で、測定条件の変更の必要性を判定する。例えば、条件変更部14は、現在の周期の特徴点算出期間Pにおける生体信号のピーク値Mを求め、ピーク値Mが所定範囲内の値ではない場合、測定条件の変更が必要と判断する。例えば、AD変換回路55が12ビットの分解能であるとすると、所定範囲は、AD変換回路55で検出可能な最大値付近である3800〜4000とすることができる。
When detecting the end of the previous cycle of the biological signal at the timing Ta, the
条件変更部14は、測定条件の変更が必要ではないと判断すると、S207で、生体情報の測定が終了したかを判定し、終了していなければS200から処理を繰り返す。一方、測定条件の変更が必要と判断すると、条件変更部14は、S204で、測定条件の変更が可能であるかを判断する。本実施形態において、条件変更部14は、現在の周期C2の終了時刻を予測時刻CXとして推定し、予測時刻CXまでに測定条件の変更が完了する場合、測定条件の変更が可能と判定する。一方、予測時刻CXまでに測定条件の変更が完了しない場合、条件変更部14は、測定条件の変更が不可能と判定する。本実施形態においては、予測時刻CXを、周期C2の開始タイミングから1つ前の周期C1に対応する期間だけ後の時刻とする。なお、1つ前の周期Cではなく、過去複数回の周期Cの平均値を用いて予測時刻CXを算出する構成とすることもできる。なお、生体信号の周期は変動するため、条件変更部14は、生体信号の変動量である変動マージンZを予測時刻CXの算出に使用することができる。この場合、条件変更部14は、周期C2の開始タイミングから1つ前の周期、或いは、過去複数回の周期の平均値だけ後の時刻より、変動マージンZだけ早い時刻を予測時刻CXとする。なお、変動マージンZの値は、予め、ROM51に格納されている。本例では、変動マージンZを100ミリ秒としている。
If the
条件変更部14は、特徴点算出期間Pと、測定条件の変更に必要な変更時間Dと、の合計値S1を求め、周期C2の開始タイミングから合計値S1だけ後の時刻を完了時刻CPとする。そして、条件変更部14は、予測時刻CXよりも完了時刻CPが遅いと測定条件の変更が不可であると判定し、そうでなければ測定条件の変更が可能であると判定する。言い換えると、条件変更部14は、特徴量の算出が完了したタイミングTbから予測時刻CXまでの期間内に測定条件の変更が完了するかを、当該期間と変更時間Dとを比較することで判定する。つまり、条件変更部14は、当該期間が変更時間Dより短いと測定条件の変更が不可であると判定し、そうでなければ測定条件の変更が可能であると判定する。ここで、変更時間Dとは、測定条件を変更してから、生体信号が安定し、よって、生体信号に基づき周期及び特徴点を判定できるようになるまでの時間である。例えば、白色光源21の発光強度を変更する場合には、発光強度の安定待ち時間が変更時間Dには含まれる。また、受光量検出部12がローパスフィルタ等のフィルタ回路を有する場合にはフィルタの時定数に基づく時間が変更時間Dに含まれる。さらに、生体信号生成部13が、時系列のデジタル値の移動平均処理等により生体信号を生成する場合には、平均処理に要する時間が変更時間Dには含まれる。本実施形態では、測定中は、白色光源21の発光強度のみを変更し、生体信号生成部13は、時系列のデジタル値を移動平均処理して生体信号を生成しているものとする。この場合、発光強度の安定待ち時間を20ミリ秒とし、移動平均処理に要する時間を80ミリ秒とし、変更時間Dを、その合計である100ミリ秒とすることができる。
The
なお、生体信号の局所的最小値の検出のため、局所的最小値となる前の生体信号の振幅の減少を所定期間だけ検出する必要がある場合、条件変更部14は、この所定期間を検知時間Yとして合計値S1の算出に考慮することができる。この場合、条件変更部14は、特徴点算出期間Pと、変更時間Dと、検知時間Yとの合計値S1を求めて完了時刻CPを判定する。つまり、条件変更部14は、特徴量の算出が完了したタイミングTbから予測時刻CXまでの期間が変更時間Dと検知時間Yとの和より短いと測定条件の変更が不可であると判定し、そうでなければ測定条件の変更が可能であると判定する。
In addition, in order to detect the local minimum value of the biological signal, when it is necessary to detect a decrease in the amplitude of the biological signal before the local minimum value is reached for a predetermined period, the
図6に戻り、S204で測定条件の変更が可能と判断すると、条件変更部14は、S205で特徴点算出期間Pの生体信号の最大値Mの値に基づいて、新しい測定条件を算出する。本例において測定中は、白色光源21の発光強度を変更し、ラインセンサ24の電荷蓄積時間は一定とする。測定条件の決定方法は、図4のS100で説明したのと同様であり、再度の説明は省略する。条件変更部14は、S206で、決定した測定条件に変更する。図7(B)は、タイミングTbで測定条件を変更した場合における、生体信号の例を示している。図7(C)は、タイミングTbで測定条件を変更した場合における、加速度信号の例を示している。条件変更部14は、外部機器30から測定終了指示を受信するまで、S200からの処理を繰り返し行う。
Returning to FIG. 6, if it is determined in S204 that the measurement condition can be changed, the
例えば、開口部500の透明カバー400に測定対象90である指を押し付ける力や、透明カバー400と測定対象90との接触状態は、測定中に変化し得る。この場合、測定開始時に決定した測定条件が、状態変化後の測定対象90に対して適切ではなくなることがあり得る。このため、本実施形態では、測定中において必要に応じて測定条件を変更する。ここで、本実施形態では、生体信号のある周期において特徴点を算出してから、次の周期の開始までに、測定条件を変更可能であるか否かを判定する。そして、次の周期の開始までに、測定条件を変更可能であると、測定条件を変更する。つまり、生体信号のうち、生体情報の検出に使用しない信号期間において測定条件の変更が可能である場合に測定条件を変更する。この構成により、測定対象90の状態が変化した場合においても、生体信号の特徴点及び周期の算出を中断することなく、測定条件を変更することが可能となる。
For example, the force of pressing the finger that is the
なお、例えば、図6のS204でNoであることは測定条件の変更が必要と判定したにも拘わらず測定条件の変更ができないことに相当する。したがって、所定回数だけ連続して図6のS204の処理がNoであると、強制的に測定条件を変更する構成とすることもできる。この場合、1つの周期における特徴点の算出が中断されることになるが、測定条件が適切ではないことに起因する生体信号の検出精度の劣化を抑えることができる。 For example, No in S204 in FIG. 6 corresponds to the fact that the measurement condition cannot be changed even though it is determined that the measurement condition needs to be changed. Therefore, if the process of S204 in FIG. 6 is No for a predetermined number of times, the measurement condition can be forcibly changed. In this case, calculation of feature points in one cycle is interrupted, but deterioration in detection accuracy of a biological signal due to inappropriate measurement conditions can be suppressed.
<第二実施形態>
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、図6のS205で変更後の測定条件を決定し、S206で、決定した測定条件に変更していた。本実施形態では、測定条件の変更量に制限を設ける。図8は、本実施形態による測定条件の変更処理のフローチャートである。S300〜S303までの処理は、図6のS200〜S203までの処理と同様であり、その説明は省略する。
<Second embodiment>
Next, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. In the first embodiment, the changed measurement condition is determined in S205 of FIG. 6, and changed to the determined measurement condition in S206. In the present embodiment, there is a limit on the amount of change in measurement conditions. FIG. 8 is a flowchart of the measurement condition changing process according to the present embodiment. The processing from S300 to S303 is the same as the processing from S200 to S203 in FIG.
S303で測定条件の変更が必要であると判定すると、条件変更部14は、S304で、現在の周期が終了するまでに測定条件の変更が完了するかを判定する。本実施形態においても、第一実施形態と同様に、条件変更部14は、予測時刻CXを求め、現在時刻から変更時間Dだけ後の時刻を完了時刻CPとする。そして、条件変更部14は、予測時刻CXよりも完了時刻CPが遅いと測定条件の変更が不可であると判定し、そうでなければ測定条件の変更が可能であると判定する。S304で測定条件の変更が可能と判断すると、条件変更部14は、S305で、新しい測定条件を決定する。新しい測定条件の決定方法は、第一実施形態と同様である。続いて、条件変更部14は、S306で、測定条件の変更量を決定する。例えば、白色光源21の発光強度を変更する場合、条件変更部14は、変更量の上限を変更前の強度に対する割合で求める。例えば、割合を0.5%とすることできる。そして、条件変更部14は、S305で決定した測定条件に変更するための変更量が、この上限を超えていると、この上限を変更量とする。一方、S305で決定した測定条件に変更するための変更量が上限を超えてないと、S306で決定する変更量は、S305で決定した測定条件に変更するための変更量になる。なお、変更量の上限は、割合ではなく、その絶対値で規定することもできる。なお、変更量の上限値又は上限値を決定するためのパラメータは、予めROM51に格納されている。
If it is determined that the measurement condition needs to be changed in S303, the
条件変更部14は、S307において、S306で決定した変更量だけ測定条件を変更する。そして、条件変更部14は、S308で、変更後の測定条件がS305で決定した測定条件であるかを判定する。変更後の測定条件がS305で決定した測定条件であると、条件変更部14は、S309で、生体情報の測定が終了したかを判定する。一方、変更後の測定条件がS305で決定した測定条件に達していないと、条件変更部14は、S304から処理を繰り返す。なお、S304から処理を繰り返す場合、条件変更部14は、次のS304での判定において、完了時刻CPを算出する基準となる現在時刻を、S307で測定条件を変更したタイミングより所定時間Wだけ後のタイミングとする。なお、所定時間Wは、変更時間Dと同じとすることができる。つまり、条件変更部14は、生体信号の1周期内で複数回、測定条件を変更する場合、測定条件の変更を行うタイミングの間隔として、所定時間Wを確保する。これは、前回の測定条件の変更後、生体信号が安定してから次の測定条件の変更を行う様にするためである。
In S307, the
図9(A)は、タイミングTbで特徴点の算出後、タイミングTcまでの間に複数回、測定条件の変更を行っている様子を示している。時間的に隣接する測定条件の変更タイミング間の間隔は、上述した様に所定時間Wである。図9(B)は、生体信号の2つの周期それぞれにおいて、タイミングTbからTcまでの期間に測定条件を変更した場合における、生体信号の例を示している。図9(C)は、生体信号の2つの周期それぞれにおいて、タイミングTbからTcまでの間に複数回、測定条件を変更した場合における、加速度信号の例を示している。 FIG. 9A shows a state in which the measurement condition is changed a plurality of times after the calculation of the feature point at the timing Tb and before the timing Tc. The interval between the change timings of the measurement conditions adjacent in time is the predetermined time W as described above. FIG. 9B shows an example of the biological signal when the measurement conditions are changed in the period from the timing Tb to Tc in each of the two cycles of the biological signal. FIG. 9C shows an example of an acceleration signal when the measurement condition is changed a plurality of times between timing Tb and Tc in each of the two periods of the biological signal.
以上、本実施形態では、測定条件の変更量に上限を設けることで、測定条件の変更に対する生体信号や加速度信号の変化を抑えることができる。例えば、生体信号として容積脈波信号を検知し、外部機器30に加速信号を表示しながら測定する場合、加速度信号の特徴点でない箇所における不要な信号変化を低減することができる。また、加速度信号の局所的最大値の間隔から脈拍数を算出する場合、測定条件の変更に起因する加速度信号の変化により脈拍数を誤検知する可能性を低減させることができる。
As described above, in this embodiment, by providing an upper limit for the change amount of the measurement condition, it is possible to suppress changes in the biological signal and the acceleration signal with respect to the change in the measurement condition. For example, when a volume pulse wave signal is detected as a biological signal and measurement is performed while displaying an acceleration signal on the
なお、上記各実施形態では、測定中に変更する測定条件を白色光源21の発光強度のみとしていた。しかしながら、白色光源21の発光強度に加えて、或いは、代えて、ラインセンサ24の電荷蓄積時間を変更することもできる。さらに、ラインセンサ24の受光感度(ゲイン)を切り替えられる場合、ラインセンサ24の受光感度(ゲイン)を測定条件として変更することもできる。
In each of the above embodiments, the measurement condition to be changed during measurement is only the emission intensity of the
[その他の実施形態]
なお、上記実施形態において、測定装置1のラインセンサ24は、測定対象90からの反射光を受光するものであったが、透過光を受光する構成とすることもできる。また、本発明の測定装置1の外観や、機械的構造は、図10に示すものに限定されない。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, the
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
21:白色光源、22:回折格子、24:ラインセンサ、13:生体信号生成部、15:周期判定部、16:特徴量算出部、14:条件変更部、 21: white light source, 22: diffraction grating, 24: line sensor, 13: biological signal generation unit, 15: period determination unit, 16: feature amount calculation unit, 14: condition change unit,
Claims (17)
前記受光手段の所定画素の受光結果から生体信号を生成する生成手段と、
前記生体信号の周期を判定する第1判定手段と、
前記生体信号の特徴量を検出する検出手段と、
前記生体の測定条件を前記分光センサに設定する設定手段と、
前記生体信号に基づき前記測定条件の変更が必要か否かを判定する第2判定手段と、
前記生体信号の第1周期において前記測定条件の変更が必要であると前記第2判定手段が判定すると、前記第1周期において前記検出手段が前記特徴量を検出してから前記第1周期の終了時刻までの期間内で前記測定条件の変更が可能であるかを判定する第3判定手段と、
を備えていることを特徴とする測定装置。 A light source that emits light toward the measurement position, a spectroscopic unit that splits reflected light from the living body at the measurement position or transmitted light that has passed through the living body at the measurement position, and a plurality of pixels Each of the plurality of pixels includes a light receiving means for receiving light including a predetermined wavelength dispersed by the light separating means, and a spectral sensor including:
Generating means for generating a biological signal from a light reception result of a predetermined pixel of the light receiving means;
First determination means for determining a cycle of the biological signal;
Detecting means for detecting a feature amount of the biological signal;
Setting means for setting the measurement condition of the living body in the spectroscopic sensor;
Second determination means for determining whether the measurement condition needs to be changed based on the biological signal;
When the second determination unit determines that the measurement condition needs to be changed in the first cycle of the biological signal, the detection unit detects the feature amount in the first cycle, and then the first cycle ends. Third determination means for determining whether the measurement condition can be changed within a period until time;
A measuring apparatus comprising:
前記第3判定手段は、前記測定条件の変更に要する時間と前記第1判定手段が前記生体信号の極値を検出するために必要な所定の時間との和を求め、前記和と前記第1周期において前記検出手段が前記特徴量を検出してから前記第1周期の終了時刻までの期間とを比較することで、前記測定条件の変更が可能であるかを判定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の測定装置。 The first determination means determines a cycle of the biological signal based on an extreme value of the biological signal,
The third determination means obtains a sum of a time required for changing the measurement condition and a predetermined time required for the first determination means to detect an extreme value of the biological signal, and the sum and the first It is determined whether the measurement condition can be changed by comparing a period from the detection of the feature amount by the detection period to a time until the end time of the first period. Item 4. The measuring device according to any one of Items 1 to 3.
前記第1周期において前記測定条件の変更が可能であると前記第3判定手段が判定すると、前記設定手段は、前記変更後の測定条件に変更するための変更量が前記上限値を超えているかを判定し、前記変更後の測定条件に変更するための変更量が前記上限値を超えていると、前記上限値だけ前記測定条件を変更することを特徴とする請求項8に記載の測定装置。 The setting means has a parameter for obtaining an upper limit value of the change amount of the measurement condition,
When the third determination unit determines that the measurement condition can be changed in the first period, the setting unit determines whether the change amount for changing to the measurement condition after the change exceeds the upper limit value. The measurement apparatus according to claim 8, wherein when the change amount for changing to the changed measurement condition exceeds the upper limit value, the measurement condition is changed by the upper limit value. .
前記受光手段の所定画素の受光結果から生体信号を生成する生成手段と、
前記生体信号の特徴量を検出する検出手段と、
前記生体の測定条件を前記分光センサに設定する設定手段と、
を備え、
前記設定手段は、前記生体信号の周期において前記検出手段が前記特徴量を検出してから該周期の終了時刻までの期間内で、前記生体の測定条件を設定することを特徴とする測定装置。 A light source that emits light toward the measurement position, a spectroscopic unit that splits reflected light from the living body at the measurement position or transmitted light that has passed through the living body at the measurement position, and a plurality of pixels Each of the plurality of pixels includes a light receiving means for receiving light including a predetermined wavelength dispersed by the light separating means, and a spectral sensor including:
Generating means for generating a biological signal from a light reception result of a predetermined pixel of the light receiving means;
Detecting means for detecting a feature amount of the biological signal;
Setting means for setting the measurement condition of the living body in the spectroscopic sensor;
With
The measuring device is characterized in that the measuring condition of the living body is set within a period from when the detecting means detects the feature amount to the end time of the cycle in the cycle of the biological signal.
1つ以上のプロセッサーと、
を有する測定装置の前記1つ以上のプロセッサーで実行されると、
前記測定装置に、
前記生体の測定条件を前記分光センサに設定することと、
前記受光手段の所定画素の受光結果から生体信号を生成することと、
前記生体信号の周期を判定することと、
前記生体信号の特徴量を検出することと、
前記測定条件の変更が必要か否かを判定し、前記生体信号の第1周期において前記測定条件の変更が必要であると判定すると、前記第1周期において前記特徴量を検出してから前記第1周期の終了時刻までの期間内で前記測定条件の変更が可能であるかを判定することと、
を実行させることを特徴とするプログラム。 A light source that emits light toward the measurement position, a spectroscopic unit that splits reflected light from the living body at the measurement position or transmitted light that has passed through the living body at the measurement position, and a plurality of pixels Each of the plurality of pixels includes a light receiving means for receiving light including a predetermined wavelength dispersed by the light separating means, and a spectral sensor including:
One or more processors;
When executed on the one or more processors of the measuring device having
In the measuring device,
Setting the measurement conditions of the living body in the spectroscopic sensor;
Generating a biological signal from the light reception result of the predetermined pixel of the light receiving means;
Determining the period of the biological signal;
Detecting a feature quantity of the biological signal;
It is determined whether or not the measurement condition needs to be changed, and if it is determined that the measurement condition needs to be changed in the first period of the biological signal, the feature amount is detected in the first period and then the first amount is detected. Determining whether the measurement condition can be changed within a period up to an end time of one cycle;
A program characterized by having executed.
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