JP2020096648A - 生体関連情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子および受光素子を有し受光結果に基づいて容積脈波を推定する生体関連情報測定装置を提供する。【解決手段】所定波長の測定光を発光する発光素子と、測定光のもどり光を受光する受光素子と、受光素子による受光結果に基づいて容積脈波を推定する容積脈波測定部と、所定の時間間隔の各時刻で発光素子から測定光をパルス状に発光させる発光制御部と、発光制御部の制御によって所定の時間間隔で測定光が発光されたときの各時刻における測定光のそれぞれの立ち上がり時間から立下り時間までの時間帯に受光素子で受光した光を測定光のもどり光であると判定する判定部と、判定部により測定光のもどり光であると判定された光に基づく電気信号から構成される脈波信号から低周波ノイズおよび高周波ノイズを除去して容積脈波に関する信号を生成する周波数フィルタと、を有する生体関連情報測定装置。【選択図】図６

Description

本発明は、被検体の生体関連情報、特に容積脈波に関連する情報を推定する生体関連情報測定装置およびセンサ装着ユニットに関する。

特許文献１に記載の生体関連情報測定装置は、ユーザーの身体に装着されて、ユーザーの生体情報を測定する生体関連情報測定装置であって、ユーザーの脈波を検出して脈波信号を出力する脈波検出部と、ユーザーの体動を検出して体動信号を出力する体動検出部と、体動信号に基づいてユーザーの運動状態の安定度合を評価する状態評価部と、状態評価部の評価結果に基づいて、脈波の検出間隔を設定する検出間隔設定部と、を備える。これにより、ユーザーの運動状態の安定度合が十分に高いと評価した場合に、脈波信号の検出間隔を長くする設定変更を行うことができ、したがって、消費電力をより低減することが可能となるとしている。

特開２０１６−１９８１９３号公報

特許文献１などに示される、被検体に光を照射して得られるもどり光を用いて被検体の容積脈波に関する情報を推定する装置（生体関連情報測定装置）では、理想的には、血管に照射される光が均一であって、血管を透過したり反射したりしてきたもどり光をそのまま受光できれば、血管を流れる血流の変化に関する情報をもどり光の光量の変化として正確にとらえることができる。しかしながら、現実には、様々な要因により、受光素子において検出されるもどり光の光量の変化は、血流の変化以外の情報を有している。また、受光素子において受光したもどり光は、光電変換素子によって電気信号に変換され、この電気信号またはこの電気信号に基づく信号から、容積脈波に関する信号を生成するプロセスが行われる。この光電変換後の電気信号の処理においても、各種の外乱信号が重畳する可能性があり、こうした外乱信号が重畳すると、最終的に推定される容積脈波に関する情報の信頼性が低下する。

本発明は、かかる現状を鑑み、発光素子および受光素子を有し受光結果に基づいて容積脈波を推定する生体関連情報測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために提供される本発明は、一態様において、所定波長の測定光を発光する発光素子と、前記測定光が被検体を経由したもどり光を受光する受光素子と、前記受光素子による受光結果に基づいて前記被検体の血管を流れる血液の容積脈波を推定する容積脈波測定部と、所定の時間間隔の各時刻で前記発光素子から前記測定光をパルス状に発光させる発光制御部と、前記発光制御部の制御によって前記所定の時間間隔で前記測定光が発光されたときの前記各時刻における前記測定光のそれぞれの立ち上がり時間から立下り時間までの時間帯に前記受光素子で受光した光を前記測定光のもどり光であると判定する判定部と、前記判定部により前記測定光のもどり光であると判定された光に基づく電気信号から構成される脈波信号から前記被検体の心拍に対応する周波数帯以外の周波数帯の信号成分を除去して前記容積脈波に関する信号を生成する周波数フィルタと、を有し、容積脈波に関連する情報を推定することを特徴とする生体関連情報測定装置である。

発光素子から放出された測定光は、被検体内を経由して受光素子にもどり光として到達する。前述のように、もどり光には、血流に関する情報のみならず、様々な情報が重畳されうる。特に、容積脈波に関する情報を得ようとする場合には、容積脈波の形状を正確に測定することが必要とされる。受光素子において受光する光量の正確性を低下させる要因の一つに、発光素子から放出される測定光に由来する光以外の光をもどり光と誤認することが挙げられる。そこで、判定部を設けて、パルス状の測定光が放出されている時間帯（測定光の立ち上がり時間から立下り時間までの時間帯）に受光した光をもどり光と判定することにより、測定光に由来する光以外の光をもどり光として誤認する可能性が低減される。こうして判定部により設定された時間帯に受光したもどり光を光電変換して得られる電気信号を時系列に並べることにより、脈波に関連する情報を有する脈波信号が得られる。この脈波信号は、複数のパルス状の電気信号の集合体であるから、これらの電気信号をデジタル化し、得られたデジタルデータ信号に対してデジタル−アナログ変換を行うことにより、容積脈波に関する情報を有する連続的な電気信号（アナログ信号）が得られる。このアナログ信号は、光電変換前のもどり光の状態で重畳しているノイズ（迷光など）や、アナログ信号を形成するまでの過程で重畳したノイズなどを含んでいる。そこで、アナログ信号から前記被検体の心拍範囲に対応する周波数帯以外の周波数帯の信号成分を除去する周波数フィルタの処理を行うことにより、正確性の高い容積脈波に関する信号を生成することができる。周波数フィルタの除去周波数帯は、被検体の心拍範囲の周波数帯に応じて適宜設定される。具体例として、被検体が人である場合には、０．６Ｈｚ未満の周波数帯および３．３Ｈｚ超の周波数帯の信号成分を除去することが挙げられる。

上記の測定装置において、前記周波数フィルタにおいて生成した前記容積脈波に関する信号は、前記容積脈波の重複切痕に関する情報を含むことが好ましい。容積脈波に関する信号が重複切痕に関する情報を含んでいる場合には、容積脈波に関する信号により心臓の収縮期と拡張期との境界時期を確認することができ、心拍数や血圧など各種生体情報をより正確に把握することが可能となる。

上記の測定装置において、前記被検体に対する接触状態を調整する接触調整機構を備えることが好ましい。被検体に対する接触状態、すなわち、測定装置の装着状態が測定中に変化すると、受光素子において受光するもどり光の光量が大きく変化してしまう場合がある。そのような光量の変化は容積脈波に関する信号の信頼性に悪影響を及ぼす。したがって、接触装置が接触調整機構を備えて被検体に対する接触状態（測定装置の装着状態）の変動を抑制することによって、容積脈波に関する信号の正確性を高めることが可能となる。

前記接触調整機構は、前記受光素子および前記発光素子を保持する筐体における前記被検体に対向する側とは反対側から前記被検体側へと、前記筐体を弾性的に押圧する機構を有することが好ましい。

上記の測定装置は、前記発光素子が放出する前記測定光以外の光が前記受光素子に入ることを防ぐ遮光機構を備えることが好ましい。判定部によって発光素子からの測定光のもどり光以外の光を受光素子で受光する可能性は低減されているが、測定光が放出されている時間帯に外部からの光が重畳すると、もどり光の光量が大きく変化してしまうことが懸念される。したがって、上記のように遮光機構を備えることにより、受光素子が測定光以外のもどり光以外の光を受光する可能性をより安定的に低減させることができる。なお、遮光機構を構成する部材が、上記の接触調整機構を構成していてもよい。

本発明は、別の一態様において、上記の生体関連情報測定装置を用いて、前記容積脈波に関する信号を取得する工程と、前記容積脈波に関する信号から前記重複切痕を特定する工程と、前記重複切痕から被検体の心臓の大動脈弁の開閉状態を推定する工程と、を有することを特徴とする情報処理方法を提供する。上記の生体関連情報測定装置により得られる容積脈波は重複切痕に関する情報を適切に有することができる。したがって、得られた容積脈波に関する信号から重複切痕を特定することにより、心臓の大動脈弁の開閉状態を適切に推定することができる。

本発明によれば、発光素子から放出された測定光のもどり光の受光結果に基づいて、正確な、好ましい一態様では重複切痕を確認できる程度に正確な容積脈波を推定する測定装置が提供される。

（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係る生体関連情報測定装置の概略構成を示す斜視図であって、（ａ）は基板側から見た図であり、（ｂ）は受発光面側からみた図である。 本発明の実施形態に係る生体関連情報測定装置における、第１発光部、第２発光部、および受光部の配置例を示す平面図である。 図１のＡ’−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明の実施形態におけるセンサモジュールの構成を例示するブロック図である。 判定部の動作を表すフローチャートである。 （ａ）従来技術に係る容積脈波の測定結果を示す図、および（ｂ）本発明の実施形態に係る生体関連情報測定装置により得られた容積脈波の測定結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る情報処理方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る生体関連情報測定装置が備えるバンドの構造を説明するための図であって、（ａ）外観図、および（ｂ）図７（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る生体関連情報測定装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。各図には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されており、Ｘ−Ｙ面はＺ１−Ｚ２方向に直交する面である。以下の説明において、Ｚ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向とし、Ｚ１−Ｚ２方向に沿ってみた状態を平面視ということがある。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る生体関連情報測定装置１０の概略構成を示す斜視図である。図１（ａ）は基板２０側からみた斜視図であり、図１（ｂ）は基板２０とは反対側の受発光面１０ａ側からみた斜視図である。図２は、生体関連情報測定装置１０における、第１発光部１１、第２発光部１２、および受光部１３の配置例を示す平面図である。図３は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

生体関連情報測定装置１０は、被検体、例えば人体の皮膚に密着するように装着され、生体情報として、容積脈波に関する情報の測定を行う装置である。生体関連情報測定装置１０は、図４に示すセンサモジュール１０ｍを備える。センサモジュール１０ｍは、基板２０の上面２０ａ（図３）に設けられた２つの発光部１１、１２および受光部１３を有する。

図３に示すように、２つの発光部１１、１２は、それぞれが有する発光素子１１ａ、１２ａの点灯によって所定波長の光Ｉ１１、Ｉ１２をそれぞれ発光し、測定光として被検体に向けて放出（出射）する。受光部１３では、２つの発光部１１、１２から放出され、被検体を経由したもどり光Ｉ１３が受光素子１３ａで受光される。ここで、経由したもどり光には、被検体の内部、例えば血管内、を通過した光、内部で拡散した光、および表面で反射や拡散した光を含む。測定光Ｉ１１、Ｉ１２の放出、およびもどり光Ｉ１３の受光は、Ｚ１−Ｚ２方向において、基板２０に対向する受発光面１０ａで行われる。生体関連情報測定装置１０は、受発光面１０ａを被検体に密着させるように装着される。なお、２つの発光部１１、１２および受光部１３を有するセンサモジュール１０ｍの詳細は後述する。

図２に示すように、Ｙ１−Ｙ２方向に沿ってＹ２側からＹ１側へ、第１発光部１１、受光部１３、および第２発光部１２が順に配置されている。第１発光部１１の平面中心Ｃ１１と受光部１３の平面中心Ｃ１３との中心間距離は第１の距離Ｌ１とされ、第２発光部１２の平面中心Ｃ１２と受光部１３の平面中心Ｃ１３との中心間距離は第２の距離Ｌ２に設定されている。第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２は互いに同一の距離であることが最も好ましいが、２つの距離Ｌ１、Ｌ２が次式（１）を満足していることが好ましい。
０．７≦Ｌ２／Ｌ１≦１．３ （１）
また、距離Ｌ１、Ｌ２は４ｍｍ以上１１ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。

距離Ｌ１、Ｌ２が、上式（１）、および／または、上記範囲を満足することにより、２つの発光素子１１ａ、１２ａのそれぞれから放出される測定光が到達する、被検体の各測定部位の深度ばらつきを一定範囲に抑えることができ、これらの発光素子１１ａ、１２ａからの測定光に基づく生体情報の測定ばらつき（具体的には測定された容積脈波の形状のばらつき）を抑えることができる。

図１と図３に示すように、生体関連情報測定装置１０は、第１発光部１１、第２発光部１２および受光部１３を保持する筐体３０を備えている。具体的には、筐体３０は、接着層２１によって基板２０の上面２０ａ（Ｚ１方向に向く面）に設けられる。さらに筐体３０は、第１発光部１１からの測定光Ｉ１１の放出経路に設けられた第１放出用開口３１と、第２発光部１２からの測定光Ｉ１２の放出経路に設けられた第２放出用開口３２と、受光部１３におけるもどり光Ｉ１３の受光経路に設けられた受光用開口３３とを有する。第１放出用開口３１内には第１発光部１１が配置され、第２放出用開口３２内には第２発光部１２が配置され、受光用開口３３内には受光部１３が配置される。第１発光部１１からの出射光は第１放出用開口３１内へ進行し、第２発光部１２からの出射光は第２放出用開口３２内へ進行する。

筐体３０は、遮光性材料、例えば金属や樹脂で形成される。筐体３０を遮光性材料で構成することにより、第１発光部１１および第２発光部１２からの出射光が、被検体を経由せずに直接受光部１３に入射することを防ぐことができるため、生体情報の測定において必要な情報を正確に抽出しやすくなり、精度の高い測定が可能となる。また、筐体３０を金属材料で構成すると、２つの発光部１１、１２、および受光部１３で発生した熱を外部に放出する放熱部材として機能させることができる。一方、筐体３０を樹脂材料で構成すると、その弾性により、被検体としての皮膚の形状に沿って配置できるため密着性を高めることができる。

生体関連情報測定装置１０においては、第１放出用開口３１、第２放出用開口３２、および受光用開口３３の上部をそれぞれ覆うように、３つの透光性部材４１、４２、４３がそれぞれ設けられている。第１発光部１１から放出された光は、測定光として、第１放出用開口３１内から透光性部材４１を透過して生体関連情報測定装置１０の上側の外部へ放出され、第２発光部１２から放出された光は、測定光として、第２放出用開口３２内から透光性部材４２を透過して生体関連情報測定装置１０の上側の外部へ放出される。これらの測定光が被検体を経由したもどり光は、透光性部材４３を透過して受光用開口３３内に至り受光部１３で受光される。透光性部材４１、４２、４３には、例えばＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタレート）が用いられる。３つの透光性部材４１、４２、４３は、接着によって筐体３０に固定され、その上端面４１ａ、４２ａ、４３ａは、受発光面１０ａとして、筐体３０の上面３０ａとともに同一面を形成する。これにより、筐体３０と透光性部材４１、４２、４３とを同時に被検体に密着させることができる。

図４は、センサモジュール１０ｍの構成を例示するブロック図である。
センサモジュール１０ｍは、一対の発光部１１、１２と、受光部１３と、制御部１４と、入出力インタフェース部１５とを備える。

図４に示すように、第１発光部１１は第１発光素子１１ａを備え、第２発光部１２は第２発光素子１２ａを備える。第１発光素子１１ａおよび第２発光素子１２ａの発光波長は限定されないが、もどり光の光量を適切に確保する観点から、５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。第１発光素子１１ａおよび第２発光素子１２ａは、具体的な一例として６００ｎｍ以上８０４ｎｍ以下、好ましくは７５８ｎｍ以上７６２ｎｍ以下の近赤外光を含む光を測定光として発光する。第１発光素子１１ａと第２発光素子１２ａは、発光ダイオード素子やレーザ素子である。

なお、第１発光部１１と第２発光部１２のそれぞれにおいて、上記第１発光素子１１ａと第２発光素子１２ａの発光波長とは異なる波長域の光を測定光として発光する発光素子をさらに備えても良い。そのような発光波長の具体例として、８０６ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の近赤外光が挙げられる。これにより、２つの発光素子１１ａ、１２ａからの測定光を被検体に与えることによって、容積脈波に関する情報を測定するとともに、容積脈波とは異なる生体情報の測定が可能となる。

受光部１３は、第１発光部１１または第２発光部１２から放出され、被検体の体内、特に、血管を流れる血液を経由したもどり光としての近赤外光を受けて電気信号に変換する受光素子１３ａを有する。受光素子１３ａは、例えばフォトダイオードである。受光素子１３ａは、受光量に応じた電気信号を出力する感度を有する。

２つの発光部１１、１２と受光部１３とは受発光部として一体で構成することが好ましい。さらに、センサモジュール１０ｍは、２つの発光部１１、１２、受光部１３、制御部１４、および入出力インタフェース部１５をパッケージ化したものであってもよい。

第１発光部１１は、第１発光素子１１ａを駆動するドライブ回路１１ｂを有し、第２発光部１２は、第２発光素子１２ａを駆動するドライブ回路１２ｂを有する。また、受光部１３は、受光素子１３ａが出力する受光信号を増幅する増幅回路１３ｂを有する。これらの回路１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは１つのチップで構成されていてもよい。

制御部１４はマイクロコンピュータで構成されている。制御部１４は、発光制御部として、発光部１１のドライブ回路１１ｂと第２発光部１２のドライブ回路１２ｂのそれぞれにタイミング信号を送信して、第１発光部１１と第２発光部１２が所定のタイミングで近赤外光を放出するように制御する。より具体的には、制御部１４は、第１発光部１１と第２発光部１２を同時に、例えば１０ミリ秒間隔で２００マイクロ秒間から６００マイクロ秒間程度の短時間発光させる。このように制御することにより、第１発光素子１１ａと第２発光素子１２ａからパルス状の測定光が連続的に放出される。

制御部１４は、発光制御部の制御によって所定の時間間隔（例えば１０ミリ秒間隔）で第１発光素子１１ａと第２発光素子１２ａから測定光が発光されたときの、各時刻における測定光のそれぞれの立ち上がり時間から立下り時間までの時間帯（例えば２００マイクロ秒間から６００マイクロ秒間の時間帯）に受光素子１３ａで受光した光を、測定光のもどり光であると判定する判定部を有する。

判定部の動作を図５を用いて詳しく説明する。図５は判定部の動作を示すフローチャートである。まず、制御部１４が有する発光制御部が発光部１１のドライブ回路１１ｂと第２発光部１２のドライブ回路１２ｂのそれぞれに送信するタイミング信号を確認する（ステップＳ１０１）。そして、測定光のそれぞれの立ち上がり時間を把握し、確認した時間が立ち上がり時間であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。確認した時間が立ち上がり時間または立ち上がり時間を経過した時間である場合には、受光素子１３ａで受光した光を測定光のもどり光と判定して、受光部１３の増幅回路１３ｂから出力された増幅後の受光信号を容積脈波の信号を生成するための信号としてメモリ（図示せず。）に取り込む（ステップＳ１０３）。立ち上がり時間に至っていない場合には、タイミング信号を確認するステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０２において受光信号の取り込みが終了したら、タイミング信号の確認をあらためて行い（ステップＳ１０４）、測定光のそれぞれの立ち下がり時間を把握し、確認した時間が立ち下がり時間または立ち下がり時間を経過した時間であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。確認した時間が立ち下がり時間または立ち下がり時間を経過した時間である場合には、受光部１３の増幅回路１３ｂから出力された増幅後の受光信号を容積脈波の信号を生成するための信号としてメモリに取り込むことを終了して、測定光の１パルス信号に対応したパルス状の受光信号を１つ得て（ステップＳ１０６）、立上がり時間に関してタイミング信号を確認するステップＳ１０１に戻る。立ち下がり時間に至っていない場合には、立ち下がり時間に関してタイミング信号を確認するステップＳ１０５に戻る。

こうして連続パルス状の測定光に対応して、複数のパルス状の受光信号が得られる。この複数のパルス状の受光信号は時間と受光素子で受光した光量に関する情報を有するため、一群のパルス状の受光信号をデジタル化することにより、脈波に関する情報を有するデジタル信号が得られる。このデジタル信号を、デジタル−アナログ変換してアナログ信号を生成する。アナログ信号への変換は、線形補完など従来公知の手法を用いればよい。このデジタル−アナログ変換も制御部１４において行われる。

制御部１４は、周波数フィルタとして、上記のアナログ信号から被検体の心拍数に対応する周波数帯以外の周波数帯の信号成分を除去して、容積脈波に関する信号を生成する。除去する周波数帯は被検体の心拍範囲に応じて適宜設定される。被検体が人である場合を具体例とすれば、人の心拍の範囲は、一般的に、１分間に４０〜２００回／分であり、これを周波数の範囲にすれば、０．６Ｈｚ〜３．３Ｈｚである。そこで、この周波数帯の信号成分を抽出し、それ以外の周波数帯（０．６Ｈｚ未満および３．３Ｈｚ超からなる周波数帯）の信号成分を除去する。このような周波数フィルタを有することにより、低周波ノイズおよび高周波ノイズが適切に除去され、容積脈波に関する信号を正確性高く生成することができる。アナログ信号における低周波ノイズ源としては、被検体が移動することによって、外部光源とセンサモジュール１０ｍとの相対位置が変化したり、センサモジュール１０ｍの装着状態が変化したりして、受光素子１３ａで受光する光の光量が変化することが具体例として挙げられる。高周波ノイズ源としては、制御部１４から発生するノイズ、被検体が携帯している電子機器からのノイズ、デジタル−アナログ変換などの処理において発生するノイズなどが具体例として挙げられる。

なお、上記の説明では、一群のパルス状の受光信号から得られたデジタル信号をデジタル−アナログ変換して得られたアナログ信号に対して周波数フィルタで処理したが、これに限定されない。デジタル信号に対して周波数フィルタで処理してもよい。得られたノイズ除去済みのデジタル信号に対して、デジタル−アナログ変換を行ってアナログ信号を生成してもよい。

図６（ａ）は、受光部１３の増幅回路１３ｂから出力された増幅後の受光信号をデジタル−アナログ変換して生成したアナログ信号であり、従来技術として位置付けられる。図６（ａ）の表示範囲内に示される複数の容積脈波は、互いに形状が不均一であり、個々の容積脈波から重複切痕ＤＮを把握することが困難である。図６（ｂ）は、受光部１３の増幅回路１３ｂから出力された増幅後の受光信号に対して判定部の処理を行い、得られた複数のパルス信号から得られたデジタル信号をデジタル−アナログ変換してアナログ信号を生成し、生成したアナログ信号に対して周波数フィルタ（透過周波数帯域：０．６Ｈｚ以上３．３Ｈｚ以下）の処理を行って得られた容積脈波信号である。図６（ｂ）の表示範囲内に示される複数の容積脈波は、ほぼ同様の形状的特徴を有し、いずれの信号についても、重複切痕ＤＮの位置を特定可能である。

図６（ｃ）は容積脈波の特徴を説明するための図である。容積脈波は、大動脈弁の開放とともに急峻に立ち上がり（上行脚ＡＳ）、大動脈弁の閉鎖時に信号強度が大きく変動する重複切痕ＤＮが形成される。その後、緩やかに下降していく。この容積脈波の波形から心臓の大動脈の開閉状態を推定することが可能である。図６（ｃ）に示されるように、大動脈の開放時期と閉鎖時期から心臓の収縮期と拡張期がわかり、これらの時期に基づき収縮期圧と拡張期圧を測定することが可能であり、さらに、平均動脈圧も算出されうる。また、容積脈波の波形の立ち上がりから心収縮力や動脈のコンプライアンス、収縮期の面積などから一回拍出量が推測できる。この一回拍出量は、図６（ｃ）においてハッチングを付した領域Ｒ１から算出される。これらはリアルタイムかつ連続的に測定できる点で、麻酔管理などにおいて非常に有用である。制御部１４は、容積脈波測定部として、容積脈波に関連する情報を推定する。その際、上記のような、重複切痕ＤＮを含む容積脈波の形状的特徴を特定してもよい。

したがって、本実施形態に係る生体関連情報測定装置１０を用いて、次に説明するような情報処理方法の実施が可能である。図７は、本発明の一実施形態に係る情報処理方法のフローチャートである。
図７に示されるように、まず、本実施形態に係る生体関連情報測定装置１０を用いて容積脈波に関する信号を取得する工程を実施する（ステップＳ１１１）。この工程では、前述の判定部の処理や周波数フィルタの処理が行われる。

次に、こうして得られた容積脈波に関する信号から重複切痕ＤＮを特定する工程を実施する（ステップＳ１１２）。従来技術において容積脈波の波形についての詳細な検討が行われている。例えば、前述の上行脚ＡＳの前には、前駆出期波と呼ばれる微小な波形が発生し、上行脚ＡＳの直後には容積脈波のピーク部である衝撃波が生じ、その後、重複切痕ＤＮに至るまでに潮浪波と呼ばれる衝撃波よりも低いピークが発生し、重複切痕ＤＮの後の拡張期には、重拍波が生じることが知られている。こうした容積脈波の特徴から、重複切痕ＤＮの位置を特定することが可能である。具体的には、容積脈波に対して一次微分や二次微分を行うことにより、重複切痕ＤＮの位置を特定することができる。

こうして重複切痕ＤＮが特定されたら、その重複切痕ＤＮから被検体の心臓の大動脈弁の開閉状態を推定する工程を実施する（ステップＳ１１３）。具体的には、上行脚ＡＳの立ち上がり初期から重複切痕ＤＮまでが心臓の収縮期に相当し、重複切痕ＤＮから次の容積脈波の上行脚ＡＳが開始される直前までが心臓の拡張期に相当する。収縮期の面積（図６（ｃ）の領域Ｒ１）と拡張期の面積との関係などから、心臓の大動脈弁の開閉状態に関する情報を得ることができる。

上記の情報処理方法を生体関連情報測定装置１０の全てを制御部１４が実施してもよいし、生体関連情報測定装置１０は、容積脈波を取得する工程（ステップＳ１１１）のみを実施し、ステップＳ１１１で得られた容積脈波に関する信号を生体関連情報測定装置１０が有する通信装置により外部機器（例えばスマートフォン）へと送信し、残りの工程（ステップＳ１１２およびステップＳ１１３）は外部機器において実施してもよい。

また、制御部１４は、生体関連情報測定部として、内蔵のアナログ−デジタル変換回路を用いて、受光部１３の増幅回路１３ｂから出力された増幅後の受光信号を処理可能なデジタル形式の信号情報に変換し、この変換した信号情報に基づいて、被検体の血管内を通る血液に関する情報（生体情報）を推定してもよい。制御部１４が推定する生体情報としては、第１発光素子１１ａと第２発光素子１２ａから放出される近赤外光が被検体を経由したもどり光を用いた測定では、血中ヘモグロビン変化（Ｈｂ変化量）、血中酸素比率変化（酸素度）などが挙げられる。

ここで、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの吸光度は波長８０５ｎｍにおいて等しく、波長８０５ｎｍよりも長波長では酸素化ヘモグロビンの吸光度が脱酸素化ヘモグロビンの吸光度よりも大きく、波長８０５ｎｍよりも短波長では酸素化ヘモグロビンの吸光度が脱酸素化ヘモグロビンの吸光度よりも小さくなる。したがって、第１発光素子１１ａと第２発光素子１２ａから放出される波長８０４ｎｍ以下の近赤外光を被検体としての人体に与えると、脱酸素化ヘモグロビンの吸光度を優先的に測定することができる。脱酸素化ヘモグロビンは酸素化ヘモグロビンに比べて、経過時間に対する吸光度の変化が小さい傾向があるため、被検体の脈動や容積脈波をより正確に測定することができる。

なお、第１発光部１１と第２発光部１２のそれぞれにおいて、発光波長が８０６ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の近赤外光を含む測定光を発光する発光素子をさらに設けた場合は、被検体の血管内を通る血液から得られる情報、例えば、血流の拍動、血流量、流速などを得ることができる。さらに、２つの発光素子１１ａ、１２ａから放出される、８０４ｎｍ以下の近赤外光を含む光による測定結果、および８０６ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の近赤外光を含む光による測定結果から、血中酸素比率変化（酸素度）またはこれに関連する情報を導き出すことが可能である

図８は、接触調整機構および遮光機構としてのバンドの構造を説明する図である。図８（ａ）は、バンドが被検体に装着された状態を説明する図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。

図８（ａ）に示されるように、生体関連情報測定装置１００が備える筐体３０における、被検体ＭＢ（図８（ａ）では一具体例として人体の手首が示されている。）に対向する側とは反対側を覆うように、弾性体（具体的には弾性布）からなるバンド２００が位置する。バンド２００は、いずれも遮光性を有する内側弾性布２１０と外側弾性布２２０とが重ねされた構造を有し、内側弾性布２１０と外側弾性布２２０との間の空間２００Ｃの内部に筐体３０が位置し、内側弾性布２１０の開口２１０Ａにより、筐体３０に組み込まれた第１発光部１１、第２発光部１２および受光部１３は、被検体ＭＢに対向することができる。このような構成において、外側弾性布２２０は、被検体ＭＢに対向する側とは反対側から被検体ＭＢへと、筐体３０を弾性的に押圧している。被検体ＭＢに対する接触状態、すなわち、生体関連情報測定装置１００の装着状態が測定中に変化すると、受光部１３において受光するもどり光の光量が大きく変化してしまう場合がある。そのような光量の変化は容積脈波に関する信号の信頼性に悪影響を及ぼす。具体的には、ベースラインを不安定化させる低周波ノイズ源となる。生体関連情報測定装置１００が接触調整機構としてのバンド２００を備えることにより、被検体ＭＢに対する接触状態（生体関連情報測定装置１００の装着状態）の変動が抑制され、容積脈波に関する信号の正確性を高めることが可能となる。

また、判定部によって発光素子からの測定光のもどり光以外の光を受光素子で受光する可能性は低減されているが、測定光が放出されている時間帯に外部からの光が重畳すると、もどり光の光量が大きく変化してしまうことが懸念される。バンド２００は、遮光性材料から構成されているため、遮光機構としての機能も有する。したがって、バンド２００によって、生体関連情報測定装置の受光素子（第１発光素子１１ａおよび第２発光素子１２ａ）が測定光以外のもどり光以外の光を受光する可能性をより安定的に低減させることができる。このように、バンド２００、遮光機構を構成する部材であるとともに、接触調整機構を構成する部材でもあることは、生体関連情報測定装置１００全体の構成要素を少なくして構造を簡素化する観点から好ましい。

以上、本実施形態およびその適用例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態またはその適用例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

例えば、上記の説明では、２つの発光素子（第１発光素子１１ａ、第２発光素子１２ａ）からの測定光のもどり光を受光素子１３ａで受光するが、発光素子の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、受光素子の数が複数あってもよい。また、脈波の測定に際して、他のセンサからの情報を取り込んで、判定部の動作を決定してもよい。例えば、外気温湿度センサ、気圧センサなどの環境情報に関するセンサや、心電センサ、脳波センサ、動作センサなどの被検体に関する別の情報に関するセンサなどから測定を継続すべきでないとの信号を入力した場合には、受光信号の取り込みを行わないようにすれば、より正確に容積脈波を推定することが可能となる。

１０、１００ 生体関連情報測定装置
１０ｍ センサモジュール
１０ａ 受発光面
１１ 第１発光部
１１ａ 第１発光素子
１１ｂ ドライブ回路
１２ 第２発光部
１２ａ 第２発光素子
１２ｂ ドライブ回路
１３ 受光部
１３ａ 受光素子
１３ｂ 増幅回路
１４ 制御部
１５ 入出力インタフェース部
２０ 基板
２０ａ 基板２０の上面
２１ 接着層
３０ 筐体
３０ａ 筐体３０の上面
３１ 第１放出用開口
３２ 第２放出用開口
３３ 受光用開口
４１、４２、４３ 透光性部材
４１ａ、４２ａ、４３ａ 透光性部材４１、４２、４３の上端面
Ｂ１、Ｂ２ 直線
Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３ 平面中心
Ｉ１１、Ｉ１２ 測定光
Ｉ１３ もどり光
Ｌ１、Ｌ２ 距離
ＤＮ 重複切痕
ＡＳ 上行脚
Ｒ１ 領域
ＭＢ 被検体
２００ バンド
２１０ 内側弾性布
２２０ 外側弾性布
２１０Ａ 内側弾性布２１０の開口
２００Ｃ 内側弾性布２１０と外側弾性布２２０との間の空間

Claims (6)

1. 所定波長の測定光を発光する発光素子と、
   前記測定光が被検体を経由したもどり光を受光する受光素子と、
   前記受光素子による受光結果に基づいて前記被検体の血管を流れる血液の容積脈波を推定する容積脈波測定部と、
   所定の時間間隔の各時刻で前記発光素子から前記測定光をパルス状に発光させる発光制御部と、
   前記発光制御部の制御によって前記所定の時間間隔で前記測定光が発光されたときの前記各時刻における前記測定光のそれぞれの立ち上がり時間から立下り時間までの時間帯に前記受光素子で受光した光を前記測定光のもどり光であると判定する判定部と、
   前記判定部により前記測定光のもどり光であると判定された光に基づく電気信号から構成される脈波信号から前記被検体の心拍に対応する周波数帯以外の周波数帯の信号成分を除去して前記容積脈波に関する信号を生成する周波数フィルタと、
   を有して、
   前記容積脈波に関連する情報を推定することを特徴とする生体関連情報測定装置。
2. 前記周波数フィルタにおいて生成した前記容積脈波に関する信号は、前記容積脈波の重複切痕に関する情報を含む、請求項１に記載の生体関連情報測定装置。
3. 前記被検体に対する接触状態を調整する接触調整機構を備える、請求項１または請求項２に記載の生体関連情報測定装置。
4. 前記接触調整機構は、前記受光素子および前記発光素子を保持する筐体における前記被検体に対向する側とは反対側から前記被検体側へと、前記筐体を弾性的に押圧する機構を有する、請求項３に記載の生体関連情報測定装置。
5. 前記発光素子が放出する前記測定光以外の光が前記受光素子に入ることを防ぐ遮光機構を備える、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生体関連情報測定装置。
6. 請求項２から請求項５のいずれか一項に記載される生体関連情報測定装置を用いて、前記容積脈波に関する信号を取得する工程と、
   前記容積脈波に関する信号から前記重複切痕を特定する工程と、
   前記重複切痕から被検体の心臓の大動脈弁の開閉状態を推定する工程と、
   を有することを特徴とする情報処理方法。