JP2019187637A - 生体解析装置、生体解析方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】生体の血流に関する指標を高精度に測定する。【解決手段】コヒーレントな光を生体に照射する発光部と当該生体の内部を通過した光を受光する受光部とを含み、当該受光部による受光強度に応じた検出信号を出力する検出装置を、変調周波数で間欠駆動する動作制御部と、前記検出装置が生成した検出信号における周波数毎の強度のうち、前記変調周波数に対して低周波数側または高周波数側の解析範囲内の強度から、前記生体の血流に関する血流指標を算定する指標算定部とを具備する生体解析装置。【選択図】図３

Description

本発明は、生体の状態を解析するための技術に関する。

生体の状態に関する指標を算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、レーザー光の照射時に生体から到来する散乱光を受光することで検出信号を生成し、検出信号のパワースペクトルを利用して生体内の血流量を算定する構成が開示されている。検出信号のパワースペクトルのうち特定の周波数範囲内の部分を利用して血流量が算定される。血流量の算定に利用される周波数範囲の上限値は、パワースペクトルのうち所定の閾値に対応した周波数に設定される。

特開２０１４−７９４２８号公報

しかし、特許文献１の技術のように検出信号のパワースペクトルのうち血流量の算定に利用される周波数範囲の上限値を制御しても、検出信号に含まれる０Ｈｚ付近のノイズの影響により、生体の血流に関する指標を高精度に測定できない可能性がある。

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生体解析装置は、コヒーレントな光を生体に照射する発光部と当該生体の内部を通過した光を受光する受光部とを含み、当該受光部による受光強度に応じた検出信号を出力する検出装置を、変調周波数で間欠駆動する動作制御部と、前記検出装置が生成した検出信号における周波数毎の強度のうち、前記変調周波数に対して低周波数側または高周波数側の解析範囲内の強度から、前記生体の血流に関する血流指標を算定する指標算定部とを具備する。

本発明の好適な態様に係る生体解析方法は、コヒーレントな光を生体に照射する発光部と当該生体の内部を通過した光を受光する受光部とを含み、当該受光部による受光強度に応じた検出信号を出力する検出装置を、変調周波数で間欠駆動し、前記検出装置が生成した検出信号における周波数毎の強度のうち、前記変調周波数に対して低周波数側または高周波数側の解析範囲内の強度から、前記生体の血流に関する血流指標を算定する。

本発明の好適な態様に係るプログラムは、コヒーレントな光を生体に照射する発光部と当該生体の内部を通過した光を受光する受光部とを含み、当該受光部による受光強度に応じた検出信号を出力する検出装置を、変調周波数で間欠駆動する動作制御部、および、前記検出装置が生成した検出信号における周波数毎の強度のうち、前記変調周波数に対して低周波数側または高周波数側の解析範囲内の強度から、前記生体の血流に関する血流指標を算定する指標算定部としてコンピュータを機能させる。

本発明の第１実施形態に係る生体解析装置の側面図である。 生体解析装置の構成を例示するブロック図である。 制御装置の機能に着目したブロック図である。 検出信号の強度スペクトルを例示する模式図である。 制御装置が実行する生体解析処理のフローチャートである。 生体解析装置の使用例を示す模式図である。 生体解析装置の他の使用例を示す模式図である。 解析範囲の補足に関する説明図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る生体解析装置１００の側面図である。生体解析装置１００は、被験者の血流に関する指標（以下「血流指標」という）を非侵襲的に測定する測定機器である。第１実施形態の生体解析装置１００は、被験者の身体のうち特定の部位（以下「測定部位」という）Ｈの血流指標を測定する。以下の説明では、被験者の手首または上腕を測定部位Ｈとして例示する。

生体解析装置１００は、被験者（生体の例示）の測定部位Ｈに装着される。第１実施形態の生体解析装置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。生体解析装置１００は、測定部位Ｈにベルト１４を巻回することで被験者の身体に装着される。

図２は、生体解析装置１００の電気的な構成を例示するブロック図である。図２に例示される通り、第１実施形態の生体解析装置１００は、制御装置２１と記憶装置２２と表示装置２３と検出装置３０とを具備する。制御装置２１および記憶装置２２は、筐体部１２の内部に設置される。

表示装置２３（例えば液晶表示パネル）は、図１に例示される通り、例えば筐体部１２における測定部位Ｈとは反対側の表面に設置される。表示装置２３は、測定結果を含む各種の画像を制御装置２１による制御のもとで表示する。

図２の検出装置３０は、被験者の状態に応じた検出信号Ｓ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Ｈに対向する位置（典型的には測定部位Ｈ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。

発光部３１は、測定部位Ｈ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光を測定部位Ｈ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、例えば近赤外領域内の所定の波長（例えば８００ｎｍ〜１３００ｎｍ）の光を測定部位Ｈに照射する。図２の駆動回路３３は、制御装置２１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として利用してもよい。また、発光部３１が出射する光は近赤外光に限定されない。

発光部３１から測定部位Ｈに入射した光は、測定部位Ｈの内部を通過しながら拡散反射を繰返したうえで筐体部１２側に出射する。具体的には、測定部位Ｈの内部に存在する動脈（例えば、上腕動脈、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測定部位Ｈから筐体部１２側に出射する。

受光部３２は、発光部３１から出射して測定部位Ｈの内部を通過した光を受光する。例えば、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）等の受光素子が受光部３２として利用される。具体的には、近赤外領域に高い感度を示すＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）で光電変換層が形成された受光素子が受光部３２として好適である。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Ｈに対して片側に位置する反射型の光学センサーである。ただし、発光部３１と受光部３２とが測定部位Ｈを挟んで反対側に位置する透過型の光学センサーを検出装置３０として利用してもよい。

出力回路３４は、受光部３２による受光強度に応じた検出信号Ｓを生成する。具体的には、出力回路３４は、受光部３２に発生した電荷に応じた電圧の出力信号を生成する増幅回路（図示略）と、増幅回路の出力信号をアナログからデジタルの検出信号Ｓに変換するＡ/Ｄ変換器（図示略）とを具備する。出力回路３４が生成したデジタルの検出信号Ｓが制御装置２１に供給される。検出信号Ｓには、受光部３２による受光後の処理に起因した０Ｈｚ付近の各種のノイズ（例えばハムノイズ、外乱ノイズまたは誘導ノイズ）が含まれ得る。

受光部３２に到達する光は、測定部位Ｈの内部において静止する組織（静止組織）で拡散反射した成分と、測定部位Ｈ内の動脈の内部において移動する物体（典型的には赤血球）で拡散反射した成分とを含む。静止組織での拡散反射の前後において光の周波数は変化しない。他方、赤血球での拡散反射の前後では、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）だけ光の周波数が変化する。すなわち、測定部位Ｈ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だけ変動（周波数シフト）した成分を含む。以上の説明から理解される通り、制御装置２１に供給される検出信号Ｓは、測定部位Ｈ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。

図２の制御装置２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算処理装置であり、生体解析装置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２１が実行するプログラムと制御装置２１が使用する各種のデータとを記憶する。なお、制御装置２１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２１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２１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２１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。

図３は、第１実施形態の制御装置２１の機能に着目した構成図である。第１実施形態の制御装置２１は、記憶装置２２に記憶されたプログラムを実行することで、検出装置３０が生成した検出信号Ｓから生体の血圧Ｐを算定するための複数の機能（動作制御部５１および演算処理部５２）を実現する。なお、制御装置２１の一部の機能を専用の電子回路で実現してもよい。

動作制御部５１は、検出装置３０を所定の周波数（以下「変調周波数」という）Ｚで間欠的に駆動（以下「間欠駆動」という）する。間欠駆動とは、検出装置３０の少なくとも一部の要素を動作状態および停止状態の一方から他方に周期的に切替える制御動作である。第１実施形態の動作制御部５１は、検出装置３０の発光部３１を変調周波数Ｚで間欠駆動する。具体的には、変調周波数Ｚで信号値が変動する矩形波（例えば所定のデューティ比のパルス信号）が発光部３１に供給されるように、動作制御部５１は駆動回路３３を制御する。すなわち、発光部３１は変調周波数Ｚで反復的に点滅する。なお、矩形波に代えて正弦波または三角波を発光部３１に供給してもよい。

変調周波数Ｚは、例えば１００ｋＨｚ±２０％の範囲内の周波数である。すなわち、８０ｋＨｚ以上かつ１２０ｋＨｚ以下の範囲内の適切な周波数が変調周波数Ｚとして設定される。さらに好適な態様において、変調周波数Ｚは、１００ｋＨｚ±１０％の範囲内の周波数である。すなわち、９０ｋＨｚ以上かつ１１０ｋＨｚ以下の範囲内の適切な周波数が変調周波数Ｚとして設定される。

図３の演算処理部５２は、検出装置３０が生成した検出信号Ｓを利用して測定部位Ｈの血流指標（血液量指標Ｍ，血流量指標Ｆ，血圧Ｐ）を算定する。図３に例示される通り、第１実施形態の演算処理部５２は、周波数解析部６１と指標算定部６２とを含んで構成される。

周波数解析部６１は、検出装置３０が生成した検出信号Ｓから強度スペクトルＸを算定する。強度スペクトルＸは、検出信号Ｓにおける周波数毎の強度Ｇ(f)の系列である。強度スペクトルＸの算定には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）等の公知の周波数解析が任意に採用され得る。周波数解析部６１による強度スペクトルＸの算定は、時間軸上の単位期間（フレーム）毎に反復的に実行される。単位期間は、所定の時間長の期間である。

発光部３１を定常的に発光させた場合（すなわち間欠駆動しない場合）を便宜的に想定する。発光部３１を定常的に発光させた場合に生成される検出信号Ｓの信号値Ｉ'(t)（ｔ：時間）は、以下の数式(1)で表現される。数式(1)の記号Ｉ0は所定の振幅値であり、記号ｊは虚数単位である。数式(1)の記号Δωは、発光部３１が出射する光と赤血球での拡散反射後の光との間に発生するうなりの角周波数である。記号Ａは所定の位相値である。

数式(1)で表現される検出信号Ｓの強度スペクトルＸ'は、以下の数式(2)で表現される。数式(2)の記号ωは角周波数である。

他方、第１実施形態のように発光部３１を変調周波数Ｚで間欠駆動した場合に生成される検出信号Ｓの信号値Ｉ(t)は、以下の数式(3)で表現される。なお、数式(3)の角周波数ωdは、変調周波数Ｚに対応する角周波数（ωd＝２πＺ）である。

数式(3)で表現される検出信号Ｓの強度スペクトルＸは、以下の数式(4)で表現される。

数式(4)を変形することで、以下の数式(5)が導出される。

数式(2)と数式(5)とから以下の数式(6)が導出される。

数式(6)から理解される通り、発光部３１を変調周波数Ｚで間欠駆動した場合の強度スペクトルＸは、図４の例示の通り、間欠駆動しない場合の強度スペクトルＸ'を、変調周波数Ｚに対応する角周波数ωdだけ角周波数軸上で正側に移動させた信号成分Ｃを含む。すなわち、強度スペクトルＸ'では０Ｈｚ付近に観測される信号成分Ｃ'と同様の信号成分Ｃが、強度スペクトルＸでは変調周波数Ｚの付近にも観測される。

図３の指標算定部６２は、周波数解析部６１が算定した強度スペクトルＸにおける周波数毎の強度Ｇ(f)から測定部位Ｈの血流指標（血液量指標Ｍ，血流量指標Ｆ，血圧Ｐ）を算定する。第１実施形態の指標算定部６２は、強度スペクトルＸのうち変調周波数Ｚに対応する所定の周波数範囲（以下「解析範囲」という）Ｒa内の強度Ｇ(f)から血流指標を算定する。

図４は、解析範囲Ｒaの説明図である。図４に例示される通り、解析範囲Ｒaは、変調周波数Ｚの低周波数側に位置する所定幅の周波数帯域である。具体的には、解析範囲Ｒaは、変調周波数Ｚの０．５倍の周波数（０．５Ｚ）から当該変調周波数Ｚまでの範囲Ｙaに内包される。第１実施形態の解析範囲Ｒaは、下限値ｆLと上限値ｆHとの間の範囲である。上限値ｆHは、変調周波数Ｚ以下の周波数であり、下限値ｆLは、上限値ｆHを下回る周波数である。解析範囲Ｒaの下限値ｆLは、例えば４０ｋＨｚ以上に設定され、上限値ｆHは、出力回路３４を構成するＡ/Ｄ変換器の標本化周波数Ｆsに対応するナイキスト周波数（Ｆs／２）以下に設定される。具体的には、変調周波数Ｚが１００ｋＨｚである場合を想定すると、下限値ｆLは６０ｋＨｚに設定され、上限値ｆHは１００ｋＨｚ（ｆH＝Ｚ）に設定される。

以上に説明した通り、第１実施形態では、解析範囲Ｒa内の強度Ｇ(f)から測定部位Ｈの血流指標が算定される。したがって、変調周波数Ｚによる発光部３１の間欠駆動よりも後段の経路で発生した、解析範囲Ｒaよりも低い周波数のノイズの影響が低減される。特に、変調周波数Ｚとの差異が大きい０Ｈｚ付近のノイズの影響が有効に低減される。

図３の指標算定部６２は、強度スペクトルＸのうち以上に説明した解析範囲Ｒa内の強度Ｇ(f)から血液量指標Ｍおよび血流量指標Ｆを算定する。血液量指標Ｍは、測定部位Ｈの血液量を表す指標（いわゆるＭＡＳＳ値）である。具体的には、血液量指標Ｍは、単位体積内の赤血球の個数の指標である。心臓の拍動に同期した血管径の脈動に連動して血液量は変動する。すなわち、血液量指標Ｍは血管径にも相関する。したがって、血液量指標Ｍは、測定部位Ｈの血管径（さらには血管の断面積）の指標とも換言され得る。

血液量指標Ｍは、例えば以下の数式(7a)で表現される。数式(7a)の記号<Ｉ^２>は、検出信号Ｓ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０Ｈｚでの強度Ｇ(0)（すなわち直流成分の強度）である。また、数式(7a)の記号Ｋmは、所定の定数であり、例えば血液量指標Ｍの実測値を利用した校正作業により設定される。

数式(7a)から理解される通り、指標算定部６２は、強度スペクトルＸのうち解析範囲Ｒa内における周波数ｆ毎の強度Ｇ(f)を積算することで血液量指標Ｍを算定する。なお、指標算定部６２は、数式(7a)の積分を総和（Σ）に置換した以下の数式(7b)の演算により血液量指標Ｍを算定してもよい。数式(7b)の記号Δｆは、周波数軸上で１個の強度Ｇ(f)に対応する帯域幅であり、周波数軸上に配列された複数の矩形で強度スペクトルＸを近似したときの各矩形の横幅に相当する。指標算定部６２による血液量指標Ｍの算定は、単位期間毎に反復される。

血流量指標Ｆは、測定部位Ｈの血流量の指標（いわゆるＦＬＯＷ値）である。具体的には、血流量指標Ｆは、単位時間内に動脈内を移動する血液の体積である。血流量指標Ｆは、例えば以下の数式(8a)で表現される。なお、数式(8a)の記号Ｋfは、所定の定数であり、例えば血流量指標Ｆの実測値を利用した校正作業により設定される。

数式(8a)から理解される通り、指標算定部６２は、強度スペクトルＸのうち解析範囲Ｒa内における周波数ｆ毎の強度Ｇ(f)と周波数|ｆ−Ｚ|との積を積算することで血流量指標Ｆを算定する。なお、指標算定部６２は、数式(8a)の積分を総和（Σ）に置換した以下の数式(8b)の演算により血流量指標Ｆを算定してもよい。血流量指標Ｆの算定は、単位期間毎に反復的に実行される。

指標算定部６２は、血液量指標Ｍと血流量指標Ｆとを利用して測定部位Ｈの血圧Ｐを算定する。指標算定部６２による血圧Ｐの算定は、単位期間毎に反復的に実行される。具体的には、指標算定部６２は、任意の１個の単位期間について算定された血液量指標Ｍと当該単位期間について算定された血流量指標Ｆとから、当該単位期間の血圧Ｐを算定する。

血液量指標Ｍと血流量指標Ｆと血圧Ｐとの関係について説明する。血圧Ｐは、血流量ｑと血管抵抗ｒとの積として表現される（Ｐ＝ｑ×ｒ）。血管抵抗ｒは、以下の数式(9a)で表現される通り、血管径ｄの４乗の逆数に比例する（記号ａ0は比例定数）。また、血管径ｄが血液量指標Ｍの３乗根に比例し、血流量ｑが血流量指標Ｆに比例すると仮定した場合、以下の数式(9b)および数式(9c)が成立する（記号ａ1および記号ａ2は比例定数）。

以上に説明した関係を考慮すると、血液量指標Ｍと血流量指標Ｆと血圧Ｐとの関係を表現する以下の数式(10)が導出される。

指標算定部６２は、血液量指標Ｍと血流量指標Ｆとを利用した数式(10)の演算により測定部位Ｈの血圧Ｐを算定する。血圧Ｐの算定は単位期間毎に反復されるから、測定部位Ｈの血圧Ｐの時間変化（血圧Ｐの時系列）が測定される。制御装置２１は、指標算定部６２が算定した血圧Ｐを表示装置２３に表示させる。

図５は、制御装置２１が血流指標を算定する処理（以下「生体解析処理」という）の具体的な手順を例示するフローチャートである。単位期間毎に図５の生体解析処理が実行される。生体解析処理を開始すると、動作制御部５１は、検出装置３０の発光部３１を変調周波数Ｚで間欠駆動する（Ｓ1）。周波数解析部６１は、単位期間内の検出信号Ｓから強度スペクトルＸを算定する（Ｓ2）。

指標算定部６２は、強度スペクトルＸのうち変調周波数Ｚに対応する解析範囲Ｒa内の周波数ｆ毎の強度Ｇ(f)から血流指標を算定する（Ｓ3−Ｓ5）。具体的には、指標算定部６２は、解析範囲Ｒa内の強度Ｇ(f)を適用した数式(7a)または数式(7b)の演算により血液量指標Ｍを算定する（Ｓ3）。また、指標算定部６２は、解析範囲Ｒa内の強度Ｇ(f)を適用した数式(8a)または数式(8b)の演算により血流量指標Ｆを算定する（Ｓ4）。そして、指標算定部６２は、血液量指標Ｍおよび血流量指標Ｆを適用した数式(10)の演算により被験者の血圧Ｐを算定する（Ｓ5）。制御装置２１は、指標算定部６２が算定した血圧Ｐを表示装置２３に表示させる（Ｓ6）。なお、血液量指標Ｍの算定（Ｓ3）および血流量指標Ｆの算定（Ｓ4）との順序を逆転してもよい。

以上に説明した通り、第１実施形態では、検出装置３０が変調周波数Ｚで間欠駆動され、変調周波数Ｚに対応する解析範囲Ｒa内における検出信号Ｓの周波数ｆ毎の強度Ｇ(f)から血流指標が算定される。したがって、発光部３１よりも後段の経路で発生した、解析範囲Ｒaよりも低い周波数のノイズ（特に変調周波数Ｚとの差異が大きい０Ｈｚ付近のノイズ）の影響が低減される。すなわち、検出信号Ｓに含まれる０Ｈｚ付近のノイズの影響を低減して血流指標を高精度に算定できる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第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。

第１実施形態では、変調周波数Ｚの低周波数側に位置する解析範囲Ｒa内の強度Ｇ(f)から血流指標を算定した。第２実施形態では、変調周波数Ｚの高周波数側に位置する解析範囲Ｒb内の強度Ｇ(f)から血流指標を算定する。

図４に例示される通り、解析範囲Ｒbは、変調周波数Ｚから当該変調周波数Ｚの１．５倍の周波数（１．５Ｚ）までの範囲Ｙbに内包される周波数帯域である。解析範囲Ｒbは、下限値ｆLと上限値ｆHとの間の範囲である。下限値ｆLは、変調周波数Ｚ以上の周波数であり、上限値ｆHは、下限値ｆLを上回る周波数である。例えば、変調周波数Ｚが１００ｋＨｚである場合を想定すると、下限値ｆLは１００ｋＨｚに設定され、上限値ｆHは１４０ｋＨｚに設定される。

具体的には、指標算定部６２は、解析範囲Ｒb内の周波数ｆ毎の強度Ｇ(f)を積算する数式(7a)または数式(7b)の演算により血液量指標Ｍを算定し、解析範囲Ｒb内の周波数ｆ毎の強度Ｇ(f)と周波数|ｆ−Ｚ|との積を積算する数式(8a)または数式(8b)の演算により血流量指標Ｆを算定する。血液量指標Ｍおよび血流量指標Ｆから血圧Ｐを算定する具体的な処理は第１実施形態と同様である。

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。なお、変調周波数Ｚの低周波数側では、検出信号Ｓのうち０Ｈｚ付近の信号成分Ｃ'と変調周波数Ｚの付近の信号成分Ｃとの間で裾野の部分が重複する可能性があるのに対し、変調周波数Ｚの高周波数側では、信号成分Ｃ'と信号成分Ｃとが重複する可能性は低い。第２実施形態では、変調周波数Ｚの高周波数側の解析範囲Ｒbが血流指標の算定に利用されるから、信号成分Ｃ'と信号成分Ｃとの重複に起因した血流指標の誤差を低減できるという利点がある。他方、第１実施形態では、変調周波数Ｚの低周波数側の解析範囲Ｒaが血流指標の算定に利用されるから、変調周波数Ｚの高周波数側の解析範囲Ｒbを利用する構成と比較して、周波数軸上の高周波数側までの広帯域にわたる信号処理が不要であるという利点がある。

＜第３実施形態＞
第１実施形態では、変調周波数Ｚの低周波数側の解析範囲Ｒa内の強度Ｇ(f)から血流指標を算定し、第２実施形態では、変調周波数Ｚの高周波数側の解析範囲Ｒb内の強度Ｇ(f)から血流指標を算定した。第３実施形態では、解析範囲Ｒa内の強度Ｇ(f)から算定される血流指標と解析範囲Ｒb内の強度Ｇ(f)から算定される血流指標とから、最終的な血流指標を算定する。

具体的には、第３実施形態の指標算定部６２は、解析範囲Ｒa内の各強度Ｇ(f)から血液量指標Ｍaと血流量指標Ｆaとを算定し、解析範囲Ｒb内の各強度Ｇ(f)から血液量指標Ｍbと血流量指標Ｆbとを算定する。そして、指標算定部６２は、血液量指標Ｍaと血液量指標Ｍbとから確定的な血液量指標Ｍを特定する。例えば、指標算定部６２は、血液量指標Ｍaおよび血液量指標Ｍbの一方または平均を血液量指標Ｍとして特定する。同様に、指標算定部６２は、血流量指標Ｆaと血流量指標Ｆbとから確定的な血流量指標Ｆを特定する。例えば、指標算定部６２は、血流量指標Ｆaおよび血流量指標Ｆbの一方または平均を血流量指標Ｆとして特定する。血液量指標Ｍおよび血流量指標Ｆから血圧Ｐを算定する処理は第１実施形態と同様である。

＜第４実施形態＞
第１実施形態から第３実施形態では、動作制御部５１が発光部３１を変調周波数Ｚで間欠駆動する構成を例示した。第４実施形態では、検出装置３０の受光部３２を動作制御部５１が変調周波数Ｚで間欠駆動する。

具体的には、動作制御部５１は、受光強度に応じた検出信号Ｓの出力／停止が変調周波数Ｚで反復されるように受光部３２を制御する。したがって、第１実施形態と同様に、検出信号Ｓの強度スペクトルＸは、図４の例示と同様に、変調周波数Ｚにピークが存在する信号成分Ｃを含む。変調周波数Ｚに対応する解析範囲Ｒa内における周波数ｆ毎の強度Ｇ(f)から血流指標（血液量指標Ｍおよび血流量指標Ｆ）を算定する構成および動作は第１実施形態と同様である。

第４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。なお、変調周波数Ｚの高周波数側の解析範囲Ｒbを血流指標の特定に利用する第２実施形態の構成や、解析範囲Ｒaおよび解析範囲Ｒbの双方を血流指標の特定に利用する第３実施形態の構成は、第４実施形態にも適用される。

＜第５実施形態＞
図６は、第３実施形態における生体解析装置１００の使用例を示す模式図である。図６に例示される通り、生体解析装置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６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７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。

表示ユニット７２は、前述の各形態で例示した表示装置２３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、生体解析装置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。

動作制御部５１は、検出ユニット７１に搭載されて検出装置３０を制御する。演算処理部５２は、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Ｓ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５２は、検出信号Ｓから血流指標（血液量指標Ｍ，血流量指標Ｆ，血圧Ｐ）を算定して表示装置２３に表示する。

なお、演算処理部５２を検出ユニット７１に搭載してもよい。演算処理部５２は、検出装置３０が生成した検出信号Ｓから血流指標（血液量指標Ｍ，血流量指標Ｆ，血圧Ｐ）を算定し、当該血流指標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２３は、検出ユニット７１から受信したデータが示す血流指標を表示する。

＜解析範囲Ｒに関する補足＞
以上に例示した各形態は、検出装置３０（発光部３１または受光部３２）を変調周波数Ｚで間欠駆動するという構成（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生体解析装置（以下「実製品」という）から観測される挙動を以下に説明する。図８に例示される通り、実製品９０は、検出装置９１と演算装置９２と表示装置９３とを具備する。検出装置９１は、生体の状態に応じた検出信号Ｓを生成する。演算装置９２は、検出装置９１が出力する検出信号Ｓから血流指標を算定する。表示装置９３は、演算装置９２が算定した血流指標を表示する。

前述の各形態で説明した通り、構成Ａにおける解析範囲Ｒ（Ｒa，Ｒb）は、変調周波数Ｚの０．５倍の周波数（以下「参照周波数」という）Ｚrefよりも高周波数側の範囲である（Ｚref＝０．５Ｚ）。すなわち、構成Ａでは、検出信号Ｓにおいて参照周波数Ｚrefを下回る信号成分の強度は血流指標（血液量指標Ｍ，血流量指標Ｆ，血圧Ｐ）に反映されない。以上の説明から理解される通り、参照周波数Ｚrefを下回る周波数のノイズが検出信号Ｓに含まれる場合でも、血流指標に当該ノイズは反映されない。参照周波数Ｚrefは、例えば４０ｋＨｚである。

以上の傾向を前提として、実製品９０において生成される検出信号Ｓに外部装置からノイズを付加する状況を想定する。具体的には、図８に例示される通り、実製品９０において検出装置９１と演算装置９２とを接続するための接続端子Ｔに外部装置からノイズＮを付加する。接続端子Ｔは、検出装置９１から演算装置９２に供給される検出信号Ｓの経路上の実装端子である。

具体的には、周波数が相違する複数のノイズＮ（周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3）の各々が実製品９０の検出信号Ｓに順次に付加される。複数のノイズＮは、例えばパルスジェネレーター等の波形発生器で生成される。各ノイズの周波数（ｆ1，ｆ2，ｆ3）は、参照周波数Ｚrefを下回ると推定される周波数である。例えば、周波数ｆ1は５ｋＨｚであり、周波数ｆ2は１０ｋＨｚであり、周波数ｆ3は２０ｋＨｚである。

前述の通り、構成Ａでは、検出信号Ｓにおいて参照周波数Ｚrefを下回る信号成分の強度は血流指標（血液量指標Ｍ，血流量指標Ｆ，血圧Ｐ）に反映されない。したがって、構成Ａでは、検出信号Ｓに付加されたノイズＮの周波数（ｆ1，ｆ2，ｆ3）に関わらず、表示装置９３に表示される血流指標は略同一の数値となる可能性が高い。以上の説明から理解される通り、参照周波数Ｚrefを下回る範囲で周波数を相違させた複数のノイズＮの各々を検出信号Ｓに付加した場合に、血流指標がノイズＮの周波数によらず略同一の数値となる実製品９０は、構成Ａを採用している可能性が充分に高い。

なお、以上の説明では、実製品９０の検出装置９１が生成した検出信号ＳにノイズＮを付加したが、周波数が相違する複数のノイズＮの各々が付加された検出信号Ｓを外部装置から接続端子Ｔに順次に供給してもよい。

＜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。

（１）前述の各形態では、変調周波数Ｚを１００ｋＨｚ±２０％の範囲内の周波数に設定したが、変調周波数Ｚの具体的な数値は以上の例示に限定されない。例えば、変調周波数Ｚを２００ｋＨｚ±２０％の範囲内の数値としてもよい。すなわち、１６０ｋＨｚ以上かつ２４０ｋＨｚ以下の範囲内の適切な周波数が変調周波数Ｚとして設定される。さらに好適な態様において、変調周波数Ｚは、２００ｋＨｚ±１０％の範囲内の周波数である。すなわち、１８０ｋＨｚ以上かつ２２０ｋＨｚ以下の範囲内の適切な周波数が変調周波数Ｚとして設定される。

（２）前述の各形態では、血液量指標Ｍと血流量指標Ｆと血圧Ｐとを血流指標として例示したが、血流指標の種類は以上の例示に限定されない。例えば、血液量指標Ｍに応じた血管径ｄや血管の断面積、血流量指標Ｆに応じた血流量ｑ、または、血流量を血管の断面積で除算した血流速度を、指標算定部６２が血流指標として算定することも可能である。また、血流量指標Ｆを血流指標として算定する構成では、血液量指標Ｍおよび血圧Ｐの算定は省略される。以上に例示した血流指標から血管年齢（血管の硬さの指標）を算定して被験者に報知してもよい。また、以上に例示した血流指標から被験者の血流状態を複数の段階（例えば、異常／高目／通常、など）から特定して被験者に報知することも可能である。

（３）前述の各形態では、検出装置３０を具備する生体解析装置１００を例示したが、検出装置３０を生体解析装置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Ｈに装着される可搬型の光学センサーモジュールである。また、前述の各形態では、表示装置２３を具備する生体解析装置１００を例示したが、表示装置２３を生体解析装置１００とは別体とした構成も想定される。

（４）前述の各形態では、筐体部１２とベルト１４とを具備する腕時計型の生体解析装置１００を例示したが、生体解析装置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、被験者の耳部に装着可能な耳装着型、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、任意の形態の生体解析装置が採用され得る。

（５）前述の各形態では、被験者の血流指標を表示装置２３に表示したが、血流指標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、血流指標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生体解析装置においては、血流指標を音声で報知する構成が特に好適である。また、血流指標を被験者に報知することは必須ではない。例えば、生体解析装置が算定した血流指標を通信網から他の通信装置に送信してもよい。また、生体解析装置の記憶装置２２や生体解析装置に着脱可能な可搬型の記録媒体に血流指標を格納してもよい。

（６）前述の各形態に係る生体解析装置１００は、前述の例示の通り、制御装置２１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。

１００…生体解析装置、１２…筐体部、１４…ベルト、２１…制御装置、２２…記憶装置、２３…表示装置、３０…検出装置、３１…発光部、３２…受光部、３３…駆動回路、３４…出力回路、５１…動作制御部、５２…演算処理部、６１…周波数解析部、６２…指標算定部。

Claims (11)

1. コヒーレントな光を生体に照射する発光部と当該生体の内部を通過した光を受光する受光部とを含み、当該受光部による受光強度に応じた検出信号を出力する検出装置を、変調周波数で間欠駆動する動作制御部と、
   前記検出装置が生成した検出信号における周波数毎の強度のうち、前記変調周波数に対して低周波数側または高周波数側の解析範囲内の強度から、前記生体の血流に関する血流指標を算定する指標算定部と
   を具備する生体解析装置。
2. 前記動作制御部は、前記発光部を前記変調周波数で間欠駆動する
   請求項１の生体解析装置。
3. 前記動作制御部は、前記受光部を前記変調周波数で間欠駆動する
   請求項１の生体解析装置。
4. 前記解析範囲は、前記変調周波数の０．５倍の周波数から当該変調周波数までの範囲に内包される
   請求項１から請求項３の何れかの生体解析装置。
5. 前記解析範囲は、前記変調周波数から当該変調周波数の１．５倍の周波数までの範囲に内包される
   請求項１から請求項３の何れかの生体解析装置。
6. 前記変調周波数は、１００ｋＨｚ±２０％または２００ｋＨｚ±２０％の範囲内の周波数である
   請求項１から請求項５の何れかの生体解析装置。
7. 前記解析範囲の下限値は、４０ｋＨｚ以上である
   請求項１から請求項６の何れかの生体解析装置。
8. 前記指標算定部は、前記解析範囲内において周波数毎の強度を積算することで血液量指標を前記血流指標として算定する
   請求項１から請求項７の何れかの生体解析装置。
9. 前記指標算定部は、前記解析範囲内において周波数毎の強度と当該周波数との積を積算することで血流量指標を前記血流指標として算定する
   請求項１から請求項８の何れかの生体解析装置。
10. コヒーレントな光を生体に照射する発光部と当該生体の内部を通過した光を受光する受光部とを含み、当該受光部による受光強度に応じた検出信号を出力する検出装置を、変調周波数で間欠駆動し、
    前記検出装置が生成した検出信号における周波数毎の強度のうち、前記変調周波数に対して低周波数側または高周波数側の解析範囲内の強度から、前記生体の血流に関する血流指標を算定する
    生体解析方法。
11. コヒーレントな光を生体に照射する発光部と当該生体の内部を通過した光を受光する受光部とを含み、当該受光部による受光強度に応じた検出信号を出力する検出装置を、変調周波数で間欠駆動する動作制御部、および、
    前記検出装置が生成した検出信号における周波数毎の強度のうち、前記変調周波数に対して低周波数側または高周波数側の解析範囲内の強度から、前記生体の血流に関する血流指標を算定する指標算定部
    としてコンピュータを機能させるプログラム。
    

Images