JP2020137937A - 血流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも一つのＡＤ変換部を備えており、複数の反射光信号を処理する血流測定装置を提供する。【解決手段】少なくとも一つの光源部と、複数の受光部と、複数の信号処理部と、少なくとも一つの多重化部と、少なくとも一つのＡＤ変換部と、を備えており、前記光源部が、コヒーレント光を生体に照射し、前記複数の受光部のそれぞれが、前記コヒーレント光が反射した反射光を受信し、前記反射光の強度を電流信号に変換し、前記複数の信号処理部のそれぞれが、前記電流信号を電圧信号に変換し、前記多重化部が、複数の前記電圧信号を少なくとも一つの多重化電圧信号に多重化し、前記ＡＤ変換部が、前記多重化電圧信号をサンプリングし、多重化デジタル信号を得る、血流測定装置を提供する。【選択図】図１

Description

本技術は、血流測定装置に関する。

従来、コヒーレント光に近いレーザー光などを生体の皮膚に照射し、皮膚表面の付近にある血管の血流を非侵襲で測定する技術が活用されている。この技術は、物体の移動速度に応じて反射光信号の周波数が変化するドップラー効果を利用している。この反射光信号の周波数分布から平均周波数を算出することにより、この平均周波数と相関関係にある血流速度が算出できることが知られている。

しかしながら、平均周波数を算出するためのサンプリング間隔が短いため、この反射光信号データの中にはノイズが多く含まれる。そこで、低ノイズ信号を得るために、特許文献１〜２では、複数の受光部から得られた複数の反射光信号を平均化処理する技術が開示されている。

特開平８−１８２６５８号公報 米国特許第４１０９６４７号明細書

複数の反射光信号を平均化処理するためには、アナログ信号である反射光信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部が、受光部ごとに必要になる。

しかしながら、受光部ごとにＡＤ変換部を設置した場合、血流測定装置が大型で高価な装置になってしまうという問題がある。

そこで、本技術は、少なくとも一つのＡＤ変換部を備えており、複数の反射光信号を処理する血流測定装置を提供することを主目的とする。

本技術は、少なくとも一つの光源部と、複数の受光部と、複数の信号処理部と、少なくとも一つの多重化部と、少なくとも一つのＡＤ変換部と、を備えており、前記光源部が、コヒーレント光を生体に照射し、前記複数の受光部のそれぞれが、前記コヒーレント光が反射した反射光を受信し、前記反射光の強度を電流信号に変換し、前記複数の信号処理部のそれぞれが、前記電流信号を電圧信号に変換し、前記多重化部が、複数の前記電圧信号を少なくとも一つの多重化電圧信号に多重化し、前記ＡＤ変換部が、前記多重化電圧信号をサンプリングし、多重化デジタル信号を得る、血流測定装置を提供する。
前記信号処理部は、平滑化部を有していてもよい。
前記平滑化部は、充電スイッチと、コンデンサと、を有しており、前記充電スイッチが、オンとオフとを交互に繰り返し、前記コンデンサが、前記電圧信号に係る電荷を充電する状態と、前記電荷を放電する状態と、を交互に繰り返すことにより、前記電荷をサンプリングすることができる。
前記血流測定装置は、平均化処理部をさらに備えており、前記平均化処理部が、前記多重化デジタル信号を平均化処理することにより、低ノイズ信号を得ることができる。
前記血流測定装置は、タイミング制御部をさらに備えており、前記タイミング制御部が、前記コンデンサの放電タイミングと、前記ＡＤ変換部のサンプリングタイミングとの同期をとることができる。
前記タイミング制御部が、複数の前記コンデンサの放電タイミングの同期をとることができる。
複数の前記サンプリングタイミングの位相が異なっていてもよい。
複数の前記サンプリングタイミングの周期が異なっていてもよい。
前記平滑化部は、複数の充電スイッチと、複数のサンプリングスイッチと、複数のコンデンサと、を備えており、前記複数の充電スイッチのそれぞれがオン又はオフされたタイミングで、前記複数のコンデンサのそれぞれに充電された前記電圧信号に係る電荷が放電され、前記複数のサンプリングスイッチのそれぞれがオン又はオフされることにより、前記電荷をサンプリングすることができる。

本技術に係る血流測定装置の一実施形態の構成図である。 本技術に係る血流測定装置の一実施形態の構成図である。 本技術に係る血流測定装置の一実施形態の構成図である。 本技術に係る血流測定装置の一実施形態の回路図である。 本技術に係る多重化部の一実施形態の構成図である。 本技術に係る血流測定装置の一実施形態の回路図である。 時定数とノイズ変動係数とのシミュレーション結果を示す説明図である。 本技術に係る血流測定装置の一実施形態の構成図である。 本技術に係る充電スイッチとＡＤ変換部のタイミングチャートである。 本技術に係る血流測定装置の一実施形態の構成図である。 本技術に係る電圧信号の波形を表した説明図である。 本技術に係る電圧信号の波形を表した説明図である。 本技術に係る血流測定装置の一実施形態の構成図である。 本技術に係る充電スイッチとサンプリングスイッチのタイミングチャートである。

以下、本技術を実施するための好適な形態について、添付した図面を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態を示したものであり、本技術の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。なお、本技術の説明は以下の順序で行う。
１．本技術に係る第１の実施形態（基本構成）
２．本技術に係る第２の実施形態（複数グループ構成）
３．本技術に係る第３の実施形態（二次元方向構成）

１．本技術に係る第１の実施形態（基本構成）

（１）概要
本技術に係る血流測定装置の一実施形態の構成図を図１に示す。図１に示されるとおり、血流測定装置１００は、少なくとも一つの光源部１０と、複数の受光部（２０−１〜３）と、複数の信号処理部（３０−１〜３）と、少なくとも一つの多重化部４０と、少なくとも一つのＡＤ変換部５０と、を備えている。この受光部（２０−１〜３）、信号処理部（３０−１〜３）、多重化部４０、及びＡＤ変換部５０は電気的に接続されている。

なお、図１に示される血流測定装置１００の一実施形態の構成図は、例として３つの受光部（２０−１〜３）と３つの信号処理部（３０−１〜３）から構成されているが、複数の受光部（２０−１〜３）と複数の信号処理部（３０−１〜３）の数はそれぞれ３つに限られない。この受光部及び信号処理部の数は、血流測定装置１００の製造費用や、血流測定装置１００の設計サイズ等を鑑みて、適切に設定されることが望ましい。

光源部１０は、コヒーレント光を生体（図示略）に照射する。なお、光源部１０が照射する光は、完全なコヒーレント光でなくともよく、コヒーレント光に近い照射光、例えばレーザー光等であってもよい。

複数の受光部（２０−１〜３）のそれぞれは、前記コヒーレント光が反射した反射光を受信し、前記反射光の強度を電流信号に変換する。例えばフォトダイオードが受光部（２０−１〜３）に利用されることができる。

前記コヒーレント光の照射によって生じた反射光のうち、静止している生体組織により散乱された散乱光の周波数は、照射されたコヒーレント光の周波数と同じである。その一方で、皮膚の血管中を移動する散乱物質（主に赤血球）によって散乱された散乱光の周波数は、わずかにドップラーシフトを受ける。これら２つの散乱光の干渉により生じた干渉光が、複数の受光部（２０−１〜３）のそれぞれにより検出される。そして、複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれが、当該干渉光の光ビートに対して周波数解析処理を行うことによって、血流速度が算出される。

（２）信号処理部
複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれは、前記電流信号を電圧信号に変換する。複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれは、平滑化部を有することができる。平滑化部を有する血流測定装置の一実施形態の構成図を図２に示す。図２に示されるとおり、複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれは、少なくとも平滑化部（３４−１〜３）を有することができる。平滑化部（３４−１〜３）についての詳細な説明は後述する。

複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれが有する構成は特に限定されないが、例えば図３の構成図に示されるような実施形態をとることができる。図３に示されるとおり、信号処理部３０−１は、さらに、ＩＶ変換部３１−１と、ノイズ除去及び微分部３２−１と、整流部３３−１と、バッファ３５−１と、を有することができる。信号処理部３０−２及び信号処理部３０−３も、信号処理部３０−１と同様の構成をとることができる。

ＩＶ変換部３１−１は、受光部２０−１から出力された電流信号を電圧信号に変換する。例えばオペアンプ等がＩＶ変換部３１−１に利用できる。

ノイズ除去及び微分部３２−１は、まず、高周波数のノイズを除去する。例えばローパスフィルタ等がノイズ除去及び微分部３２−１に利用できる。さらに、ノイズ除去及び微分部３２−１は、ノイズが除去された前記電圧信号を微分する。

整流部３３−１は、ノイズ除去及び微分部３２−１によって得られた前記電圧信号の周波数特性を整流する。この整流は、全波整流でもよいし半波整流でもよい。全波整流は、整流部３３−１に入力された前記電圧信号の負電圧を正電圧に変換整流する。半波整流は、整流部３３−１に入力された前記電圧信号の負電圧を消去する。

平滑化部３４−１は、整流部３３−１が整流した前記電圧信号の電圧の変動を滑らかにする。

バッファ３５−１は、インピーダンスを変換する。複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれができるだけ正確に電圧信号を出力するためには、入力インピーダンスはできるだけ大きく、出力インピーダンスはできるだけ小さいことが望ましい。バッファ３５−１は、出力インピーダンスを小さくすることができる。例えばソースフォロア等がバッファ３５−１に利用できる。

なお、この信号処理部３０−１の一実施形態を表した回路図を、参考として図４に示す。図４に示されるとおり、信号処理部３０−１は、ＩＶ変換部３１と、ノイズ除去及び微分部３２と、整流部３３と、平滑化部３４と、バッファ３５と、を有することができる。なお、信号処理部３０−１が実現される構成は図４に示される回路図に限られない。また、図４に示される回路図はシングルエンド方式であるが、差動伝送方式であってもよい。

（３）多重化部
図３の説明に戻る。多重化部４０は、複数の前記電圧信号を少なくとも一つの多重化電圧信号に多重化する。多重化部４０は、例えばアナログスイッチ、マルチプレクサ等を利用できる。多重化部４０の一実施形態の構成図を図５に示す。

図５に示されるとおり、多重化部４０は、複数の入力端子（４１−１〜３）と、複数のスイッチ（４２−１〜３）と、少なくとも一つの出力端子４３と、を有する。複数の入力端子（４１−１〜３）のそれぞれと、複数のスイッチ（４２−１〜３）のそれぞれとが接続されている。複数のスイッチ（４２−１〜３）のそれぞれと、出力端子４３とが接続されている。

多重化部４０は、複数のスイッチ（４２−１〜３）のオンオフにより入力する電圧信号を順次切り替える。このことにより、多重化部４０は、複数の電圧信号を少なくとも一つの多重化電圧信号に多重化できる。

図３の説明に戻る。ＡＤ変換部５０が、多重化部４０により多重化された多重化電圧信号を、所定のサンプリングタイミングの周期でサンプリングし、多重化デジタル信号を得る。例えばＡＤコンバータがＡＤ変換部５０に利用されることができる。

（４）平均化処理部
このサンプリングタイミングの周期が短いこと等に起因してノイズが発生することがある。多重化デジタル信号に含まれるこのノイズを低減するために、血流測定装置１００は平均化処理部７０をさらに備えることができる。血流測定装置１００の一実施形態の構成図を図６に示す。図６に示されるとおり、血流測定装置１００は、平均化処理部７０をさらに備えることができる。

平均化処理部７０は、前記多重化デジタル信号を平均化処理する。このことにより、平均化処理部７０は低ノイズ信号を得ることができる。例えばマイコン等が平均化処理部７０に利用できる。

平均化処理とは、例えば、複数の電圧信号の値を合算したものを、この電圧信号の数で割ることを指す。

このように、多重化部４０が複数の電圧信号を少なくとも一つの多重化電圧信号に多重化するため、後続のＡＤ変換部５０は少なくとも一つあればよい。この構成であれば、一つのＡＤ変換部５０が、複数の電圧信号を処理できる。

しかしながら、多重化部４０が入力される電圧信号を順次切り替えるため、電圧信号ごとにＡＤ変換部５０のサンプリングタイミングがずれてしまう。図５を参照しながら説明すると、例えば同じ波形の電圧信号がそれぞれの入力端子（４１−１〜３）に同時に入力されたときに、多重化部４０が入力される電圧信号を順次切り替えるため、第１スイッチ４２−１がオンになるタイミングと、第２スイッチ４２−２がオンになるタイミングが異なる。そのため、同時刻における複数の電圧信号の取得が困難になる。その結果、平均化処理部７０は、同時刻における平均化処理が困難になる。

（５）平滑化部
そこで、図４に示されるとおり、平滑化部３４が、充電スイッチ３４１とコンデンサ３４２を有することができる。このことにより、信号処理部３０が出力する電圧信号の出力タイミングを制御できる。

充電スイッチ３４１がオンとオフとを交互に繰り返すことにより、コンデンサ３４２が、前記電圧信号に係る電荷を充電する状態と、前記電荷を放電する状態と、を交互に繰り返す。このことにより、平滑化部３４が電荷をサンプリングする。

より具体的に説明すると、この電圧信号の出力タイミングでない場合、充電スイッチ３４１がオンされて、この電圧信号に係る電荷がコンデンサ３４２に充電される。この電圧信号の出力タイミングである場合、充電スイッチ３４１がオフされて、コンデンサ３４２に充電されていた前記電荷が放電される。このことにより、平滑化部３４は、適切なタイミングで、電圧信号を出力することができる。

また、このコンデンサ３４２が電荷の充電と放電を交互に繰り返すことにより、電圧信号が平らで滑らかな電圧信号に変換される。このことにより、平滑化部３４は、血流速度と相関関係にある実効値を得ることができる。

ところで、コンデンサ３４２が電荷を充電する時間が短い場合、電圧信号の値が一定せずノイズとなる。そのため、コンデンサ３４２が電荷を充電する時間はできるだけ長いことが望ましい。

ここで、平滑化部３４の時定数と、電圧信号のノイズ変動係数とのシミュレーション結果を図７に示す。図７に示されるこのシミュレーション結果は、ＡＤ変換部５０のサンプリングタイミングの周期が２０ミリ秒のときに、時定数を変化させることにより、前記電圧信号のノイズ変動係数をシミュレートしたものである。なお、ノイズ変動係数は、前記電圧信号に含まれるノイズ量を示す。ノイズ変動係数は、ノイズ信号の振幅を前記電圧信号の平均値で除算することにより算出できる。

図７に示されるとおり、時定数が長くなるほど、前記電圧信号のノイズ変動係数は小さくなっている。一般的に、コンデンサに電荷が充電される時間が短ければ、電圧信号の値が一定せず、電圧信号に含まれるノイズ量が多くなる傾向にある。時定数を長くすることにより、このノイズ量を低減することができる。しかし、一般的に、時定数が長くなるほど、平滑化部３４が出力する電圧信号の波形がなまるという傾向にある。

したがって、図７に示されるとおり、時定数は約１０〜４０ミリ秒に設定されることが望ましい。さらには、時定数は約２０ミリ秒に設定されることが望ましい。

なお、時定数が約２０ミリ秒に設定されることが望ましいときは、ＡＤ変換部５０のサンプリングタイミングの周期が２０ミリ秒のときである。例えばＡＤ変換部５０のサンプリングタイミングの周期が５０ミリ秒のときは、時定数は約５０ミリ秒に設定されることが望ましい。

（６）タイミング制御部
同時刻の電圧信号に対して平均化処理が行われる必要があるため、複数の平滑化部（３４−１〜３）のそれぞれが電荷を放電するタイミングは、同期されていることが望ましい。そのため、血流測定装置１００は、放電タイミングを同期させるタイミング制御部を備えることができる。タイミング制御部を備える血流測定装置１００の一実施形態の構成図を図８に示す。

図８に示されるとおり、血流測定装置１００は、タイミング制御部６０を備えることができる。タイミング制御部６０は、ＡＤ変換部５０と接続されている。より具体的に説明すると、ＡＤ変換部５０は、複数のサンプリングスイッチ（図示略）を有している。このサンプリングスイッチと、タイミング制御部６０が接続されている。

また、タイミング制御部６０は、複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれと接続されている。より具体的に説明すると、複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれは平滑化部（図示略）を有している。この平滑化部は、充電スイッチ（図示略）と、コンデンサ（図示略）と、を有している。この充電スイッチと、タイミング制御部６０が接続されている。

タイミング制御部６０は、この放電タイミングと、ＡＤ変換部５０のサンプリングタイミングとを同期できる。より具体的に説明すると、タイミング制御部６０は、ＡＤ変換部５０が有しているサンプリングスイッチのオンオフを制御できる。

さらに、タイミング制御部６０は、複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれの放電タイミングを同期できる。より具体的に説明すると、タイミング制御部６０は、複数の信号処理部（３０−１〜３）のそれぞれが有している充電スイッチのオンオフを制御できる。例えばリレー等がタイミング制御部６０に利用できる。

続いて、このサンプリングタイミングについて説明する。平滑化部３４−１が充電スイッチ３４１−１を備えており、平滑化部３４−２が充電スイッチ３４１−２を備えており、平滑化部３４−３が充電スイッチ３４１−３を備えている。これらの複数の充電スイッチ（３４１−１〜３）がオン状態又はオフ状態となるタイミングと、ＡＤ変換部５０のサンプリングタイミングとのタイミングチャートを図９に示す。

図９において、３４１−１〜３は、それぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）がオン状態又はオフ状態となるタイミングを示す。この値が低いときがオン状態、つまりそれぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）が閉じている状態である。この値が高いときがオフ状態、つまりそれぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）が開いている状態である。

５０−１〜３は、ＡＤ変換部５０が備えている複数のサンプリングスイッチ（５０−１〜３）がオン状態又はオフ状態となるタイミングを示す。この値が低いときがオン状態、つまりそれぞれのサンプリングスイッチ（５０−１〜３）が閉じている状態である。この値が高いときがオフ状態、つまりそれぞれのサンプリングスイッチ（５０−１〜３）が開いている状態である。

第１充電スイッチ３４１−１がオン状態のとき、第１充電スイッチ３４１−１に接続された第１コンデンサ（図示略）に電荷が充電される。第１充電スイッチ３４１−１がオフ状態のとき、第１充電スイッチ３４１−１に接続されたコンデンサに充電された電荷が放電される。

第２充電スイッチ３４１−２がオン状態のとき、第２充電スイッチ３４１−２に接続された第２コンデンサ（図示略）に電荷が充電される。第２充電スイッチ３４１−２がオフ状態のとき、第２充電スイッチ３４１−２に接続されたコンデンサに充電された電荷が放電される。

第３充電スイッチ３４１−３がオン状態のとき、第３充電スイッチ３４１−３に接続された第３コンデンサ（図示略）に電荷が充電される。第３充電スイッチ３４１−３がオフ状態のとき、第３充電スイッチ３４１−３に接続されたコンデンサに充電された電荷が放電される。

多重化部４０は、この放電された電荷に係る電圧信号を多重化し、多重化電圧信号を得る。ＡＤ変換部５０は、この多重化電圧信号をサンプリングし、多重化デジタル信号を得る。

第１サンプリングスイッチ５０−１がオン状態のとき、ＡＤ変換部５０は、第１充電スイッチ３４１−１に接続された第１コンデンサの電荷をサンプリングする。第２サンプリングスイッチ５０−２がオン状態のとき、ＡＤ変換部５０は、第２充電スイッチ３４１−２に接続された第２コンデンサの電荷をサンプリングする。第３サンプリングスイッチ５０−３がオン状態のとき、ＡＤ変換部５０は、第３充電スイッチ３４１−３に接続された第３コンデンサの電荷をサンプリングする。

それぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）の周期Ｔは、時間ｔ１から時間ｔ３までの間である。

時間ｔ１以前のとき、前記コンデンサに電荷が充電されている。時間ｔ１のとき、それぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）が、オン状態からオフ状態に変化する。このとき、それぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）に接続されている前記コンデンサに充電される電荷の量が確定する。つまり、電圧信号の値が確定する。

次に、時間ｔ１のとき、ＡＤ変換部５０は、充電スイッチ３４１−１に接続された第１コンデンサの電荷をサンプリングする（５０−１）。続いて、ＡＤ変換部５０は、充電スイッチ３４１−２に接続された第２コンデンサの電荷をサンプリングする（５０−２）。続いて、ＡＤ変換部５０は、充電スイッチ３４１−３に接続された第３コンデンサの電荷をサンプリングする（５０−３）。

時間ｔ２のとき、それぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）が、オフ状態からオン状態に変化する。このとき、前記コンデンサに電荷が充電され始める。

５０−１〜３のサンプリングタイミングは異なるが、前記コンデンサに充電されていた電荷がサンプリングされるため、同時刻の電圧信号がサンプリングできている。

なお、平均化処理にあたり、それぞれの信号処理部（３０−１〜３）が処理するそれぞれの電圧信号に含まれるノイズは、概ね等しいことが望ましい。したがって、それぞれの受光部（２０−１〜３）は、光源部から等しい位置に配置されていることが望ましい。

２．本技術に係る第２の実施形態（複数グループ構成）

本技術に係る血流測定装置１００の２つめの一実施形態の構成図を図１０に示す。図１０に示されるとおり、血流測定装置１００は、第１グループ１１０−１と、第２グループ１１０−２と、から構成されている。なお、グループの数は２つに限定されない。

第１グループ１１０−１は、第１受光部２０−１１と、第２受光部２０−１２と、第１信号処理部３０−１１と、第２信号処理部３０−１２と、少なくとも一つの第１多重化部４０−１と、少なくとも一つの第１ＡＤ変換部５０−１と、から構成されている。なお、これらの受光部及び信号処理部の数は２つに限定されない。

同様に、第２グループ１１０−２は、第３受光部２０−２１と、第４受光部２０−２２と、第３信号処理部３０−２１と、第４信号処理部３０−２２と、第２多重化部４０−２と、第２ＡＤ変換部５０−２と、から構成されている。

光源部１０は、コヒーレント光を生体（図示略）に照射する。複数の受光部（２０−１１〜２２）のそれぞれは、前記コヒーレント光が反射した反射光を受信し、前記反射光の強度を電流信号に変換する。複数の信号処理部（３０−１１〜２２）のそれぞれは、前記電流信号を電圧信号に変換する。

第１グループ１１０−１は、第１受光部２０−１１と第１信号処理部３０−１１によって処理された電圧信号と、第２受光部２０−１２と第２信号処理部３０−１２によって処理された電圧信号を、第１多重化部４０−１によって多重化して第１多重化電圧信号Ｖ１を得る。第１ＡＤ変換部５０−１は、この第１多重化電圧信号Ｖ１をサンプリングして、第１多重化デジタル信号を得る。さらに、第１平均化処理部（図示略）が、この第１多重化デジタル信号を平均化処理することができる。

同様に、第２グループ１１０−２は、第３受光部２０−２１と第３信号処理部３０−２１によって処理された電圧信号と、第４受光部２０−２２と第４信号処理部３０−２２によって処理された電圧信号を、第２多重化部４０−２によって多重化して第２多重化電圧信号Ｖ２を得る。第２ＡＤ変換部５０−２は、この第２多重化電圧信号Ｖ２をサンプリングして、第２多重化デジタル信号を得る。さらに、第２平均化処理部（図示略）が、この第２多重化デジタル信号を平均化処理することができる。

なお、第１グループ１１０−１及び第２グループ１１０−２が、一つのＡＤ変換部を共有してもよい。例えば、ＡＤ変換部が高性能である場合や、グループの数が少ない場合等は、複数のグループが一つのＡＤ変換部を共有することができる。

また、一方のグループが得た電圧信号を何らかの参照信号として用いる場合は、このグループは一つの受光部及び一つの信号処理部から構成されてもよい。

第１ＡＤ変換部５０−１のサンプリングタイミングの位相と、第２ＡＤ変換部５０−２のサンプリングタイミングの位相は、同じでもよいし、異なっていてもよい。

第１多重化電圧信号Ｖ１と第２多重化電圧信号Ｖ２の波形を表した説明図を図１１に示す。図１１において、第１多重化電圧信号Ｖ１の波形と、第２多重化電圧信号Ｖ２の波形が示されている。なお、説明を簡潔にするため、波形は簡略化されている。

第１多重化電圧信号Ｖ１の波形と第２多重化電圧信号Ｖ２の波形は同じである。よって、第１多重化電圧信号Ｖ１に含まれる情報と、第２多重化電圧信号Ｖ２に含まれる情報は同じである。

時間ｔ４−１、ｔ５−１、ｔ６−１は、第１ＡＤ変換部５０−１のサンプリングタイミングである。時間ｔ４−２、ｔ５−２、ｔ６−２は、第２ＡＤ変換部５０−２のサンプリングタイミングである。

まず、第１多重化電圧信号Ｖ１に着目する。時間ｔ４−１のとき、第１ＡＤ変換部５０−１が、ａ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ５−１のとき、第１ＡＤ変換部５０−１が、ｃ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ６−１のとき、第１ＡＤ変換部５０−１が、ｅ点の電圧信号をサンプリングする。

次に、第２多重化電圧信号Ｖ２に着目する。時間ｔ４−２のとき、第２ＡＤ変換部５０−２が、ｂ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ５−２のとき、第２ＡＤ変換部５０−２が、ｄ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ６−２のとき、第２ＡＤ変換部５０−２が、ｆ点の電圧信号をサンプリングする。

仮に第１ＡＤ変換部５０−１のサンプリングタイミングの位相と、第２ＡＤ変換部５０−２のサンプリングタイミングの位相が同じ場合、図１１を参照しながら説明すると、第１ＡＤ変換部５０−１及び第２ＡＤ変換部５０−２は、ａ点、ｃ点、ｅ点の３点、あるいはｂ点、ｄ点、ｆ点の３点の電圧信号しかサンプリングできないことになる。しかし、図１１のようにそれぞれのサンプリングタイミングの位相が異なっている場合、第１ＡＤ変換部５０−１及び第２ＡＤ変換部５０−２は、ａ点、ｂ点、ｃ点、ｄ点、ｅ点、ｆ点の６点の電圧信号がサンプリングできる。

したがって、第１ＡＤ変換部５０−１のサンプリングタイミングの位相と、第２ＡＤ変換部５０−２のサンプリングタイミングの位相が同じ場合と、図１１に示されるようにこれらの位相が異なる場合とを比べると、ＡＤ変換部のサンプリングタイミングの周期が同じにも関わらず、図１１に示される場合では、第１ＡＤ変換部５０−１及び第２ＡＤ変換部５０−２は、２倍の電圧信号データがサンプリングできる。

そのため、第１ＡＤ変換部５０−１及び第２ＡＤ変換部５０−２は、より確実に電圧信号の波形をサンプリングできる。したがって、本技術に係る血流測定装置は、より確実にこれらの電圧信号を平均化処理できる。

あるいは、第１ＡＤ変換部５０−１のサンプリングタイミングの周期と、第２ＡＤ変換部５０−２のサンプリングタイミングの周期が異なっていてもよい。これらのサンプリングタイミングの周期が異なっている場合の、第１多重化電圧信号Ｖ１と第２多重化電圧信号Ｖ２の波形を表した説明図を図１２に示す。図１２において、第１多重化電圧信号Ｖ１の波形と、第２多重化電圧信号Ｖ２の波形が示されている。第１多重化電圧信号Ｖ１の位相と、第２多重化電圧信号Ｖ２の位相は同じである。

時間ｔ７、ｔ９、ｔ１１は、第１ＡＤ変換部５０−１のサンプリングタイミングである。時間ｔ７、ｔ８、ｔ１０、ｔ１１は、第２ＡＤ変換部５０−２のサンプリングタイミングである。

まず、第１多重化電圧信号Ｖ１に着目する。時間ｔ７のとき、第１ＡＤ変換部５０−１が、ｇ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ９のとき、第１ＡＤ変換部５０−１が、ｉ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ１１のとき、第１ＡＤ変換部５０−１が、ｋ点の電圧信号をサンプリングする。第２多重化電圧信号Ｖ２と比べると、第１ＡＤ変換部５０−１のサンプリングタイミングの周期は、第２ＡＤ変換部５０−２のサンプリングタイミングの周期より長い。

次に、第２多重化電圧信号Ｖ２に着目する。時間ｔ７のとき、第２ＡＤ変換部５０−２が、ｇ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ８のとき、第２ＡＤ変換部５０−２が、ｈ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ１０のとき、第２ＡＤ変換部５０−２が、ｊ点の電圧信号をサンプリングする。時間ｔ１１のとき、第２ＡＤ変換部５０−２が、ｋ点の電圧信号をサンプリングする。第２多重化電圧信号Ｖ２と比べると、第２ＡＤ変換部５０−２のサンプリングタイミングの周期は、第１ＡＤ変換部５０−１のサンプリングタイミングの周期より短い。

サンプリングタイミングの周期が長い第１多重化電圧信号Ｖ１では、３点（ｇ点、ｉ点、ｋ点）の電圧信号がサンプリングできている。サンプリングタイミングの周期が短い第２多重化電圧信号Ｖ２では、４点（ｇ点、ｈ点、ｊ点、ｋ点）の電圧信号がサンプリングできている。

サンプリングタイミングの周期が長いほど、遅い血流速度の影響をより受けやすくなる。サンプリングタイミングの周期が異なる複数のサンプリングタイミングで電圧信号をサンプリングすることにより、血流速度が速い成分と、血流速度が遅い成分とをそれぞれ取得できる。

血流速度が速い成分と、血流速度が遅い成分の比率を利用することにより、血管の硬さ、つまり血管スティフネスが取得できることが知られている。血管が柔らかければ、抵抗が大きいため血流速度が遅くなる。血管が硬ければ、抵抗が小さいため血流速度が速くなる。

この血管スティフネスの取得による効果の一例として、動脈硬化の予防が挙げられる。この動脈硬化は、動脈壁の物理的柔軟性が喪失することにより生じる。この動脈硬化は、死亡率が高い脳卒中や心筋梗塞等の心血管疾患の原因といわれているため、血管スティフネスの取得の意義は大きいといえる。

３．本技術に係る第３の実施形態（二次元方向構成）

本技術に係る血流測定装置１００の３つめの一実施形態の構成図を図１３に示す。図１３に示されるとおり、平滑化部は、複数の充電スイッチ（第１充電スイッチ３４１−１、第２充電スイッチ３４１−２、第３充電スイッチ３４１−３）と、複数のサンプリングスイッチ（第１サンプリングスイッチ３４３−１、第２サンプリングスイッチ３４３−２、第３サンプリングスイッチ３４３−３）と、複数のコンデンサ（第１コンデンサ３４２−１１、第２コンデンサ３４２−１２、第３コンデンサ３４２−１３、第４コンデンサ３４２−２１、第５コンデンサ３４２−２２、第６コンデンサ３４２−２３、第７コンデンサ３４２−３１、第８コンデンサ３４２−３２、第９コンデンサ３４２−３３）と、を備えている。

なお、複数の充電スイッチ（３４１−１〜３）及び複数のサンプリングスイッチ（３４３−１〜３）の数は、それぞれ３つには限定されない。また、複数のコンデンサ（３４２−１１〜３３）の数は、９つに限定されない。

第１充電スイッチ３４１−１は、第１コンデンサ３４２−１１、第２コンデンサ３４２−１２、及び第３コンデンサ３４２−１３に接続されている。第２充電スイッチ３４１−２は、第４コンデンサ３４２−２１、第５コンデンサ３４２−２２、及び第６コンデンサ３４２−２３に接続されている。第３充電スイッチ３４１−３は、第７コンデンサ３４２−３１、第８コンデンサ３４２−３２、及び第９コンデンサ３４２−３３に接続されている。

第１サンプリングスイッチ３４３−１は、第１コンデンサ３４２−１１、第４コンデンサ３４２−２１、及び第７コンデンサ３４２−３１に接続されている。第２サンプリングスイッチ３４３−２は、第２コンデンサ３４２−１２、第５コンデンサ３４２−２２、及び第８コンデンサ３４２−３２に接続されている。第３サンプリングスイッチ３４３−３は、第３コンデンサ３４２−１３、第６コンデンサ３４２−２３、及び第９コンデンサ３４２−３３に接続されている。

複数の充電スイッチ（３４１−１〜３）のそれぞれがオンとオフとを交互に繰り返すことにより、複数のコンデンサ（３４２−１１〜３３）のそれぞれが、前記電圧信号に係る電荷を充電する状態と、前記電荷を放電する状態と、を交互に繰り返す。複数のサンプリングスイッチ（３４３−１〜３）のそれぞれがオンとオフとを交互に繰り返すことにより、この平滑化部は、前記電荷をサンプリングする。

より具体的に説明すると、第１充電スイッチ３４１−１に係る電圧信号のサンプリングタイミングでない場合、第１充電スイッチ３４１−１がオンされて、この電圧信号に係る電荷が、第１コンデンサ３４２−１１、第２コンデンサ３４２−１２、及び第３コンデンサ３４２−１３に充電される。この電圧信号のサンプリングタイミングである場合、第１充電スイッチ３４１−１がオフされて、第１コンデンサ３４２−１１、第２コンデンサ３４２−１２、及び第３コンデンサ３４２−１３に充電されていたそれぞれの前記電荷が放電される。そして、第１サンプリングスイッチ３４３−１、第２サンプリングスイッチ３４３−２、及び第３サンプリングスイッチ３４３−３がオンされるタイミングで、この平滑化部は、それぞれの前記電荷をサンプリングする。

この第１コンデンサ３４２−１１、第２コンデンサ３４２−１２、及び第３コンデンサ３４２−１３の充電又は放電と並行して、その他のコンデンサは、充電又は放電をすることができる。

複数の充電スイッチ（３４１−１〜３）のそれぞれがオン状態又はオフ状態となるタイミングと、複数のサンプリングスイッチ（３４３−１〜３）のそれぞれがオン状態又はオフ状態となるタイミングとのタイミングチャートを図１４に示す。

図１４において、３４１−１〜３は、複数の充電スイッチ（３４１−１〜３）のそれぞれがオン状態又はオフ状態となるタイミングを示す。この値が低いときがオン状態、つまり複数の充電スイッチ（３４１−１〜３）のそれぞれが閉じている状態である。この値が高いときがオフ状態、つまり複数の充電スイッチ（３４１−１〜３）のそれぞれが開いている状態である。

３４３−１〜３は、複数のサンプリングスイッチ（３４３−１〜３）のそれぞれがオン状態又はオフ状態となるタイミングを示す。この値が低いときがオン状態、つまり複数のサンプリングスイッチ（３４３−１〜３）のそれぞれが閉じている状態である。この値が高いときがオフ状態、つまり複数のサンプリングスイッチ（３４３−１〜３）のそれぞれが開いている状態である。

充電スイッチ３４１−１の周期Ｔは、時間ｔ１２から時間ｔ１８までの間である。

時間ｔ１２の直前のとき、それぞれのコンデンサ（３４２−１１〜３３）に電荷が充電されている。時間ｔ１２のとき、第１充電スイッチ３４１−１が、オン状態からオフ状態に変化する。このとき、第１充電スイッチ３４１−１に接続されている第１コンデンサ３４２−１１、第２コンデンサ３４２−１２、及び第３コンデンサ３４２−１３に充電される電荷の量が確定する。つまり、電圧信号の値が確定する。

次に、時間ｔ１２のとき、第１サンプリングスイッチ３４３−１がオン状態になり、第１コンデンサ３４２−１１に充電された電荷がサンプリングされる。続いて、第２サンプリングスイッチ３４３−２がオン状態になり、第２コンデンサ３４２−１２に充電された電荷がサンプリングされる。続いて、第３サンプリングスイッチ３４３−３がオン状態になり、第３コンデンサ３４２−１３に充電された電荷がサンプリングされる。

第１コンデンサ３４２−１１、第２コンデンサ３４２−１２、及び第３コンデンサ３４２−１３に充電された電荷がサンプリングされている間も、その他のコンデンサには電荷が充電され続けている。

時間ｔ１３のとき、第１充電スイッチ３４１−１が、オフ状態からオン状態に変化する。このとき、第１コンデンサ３４２−１１、第２コンデンサ３４２−１２、及び第３コンデンサ３４２−１３に電荷が充電され始める。

続いて、同様に、時間ｔ１４のとき、第２充電スイッチ３４１−２が、オン状態からオフ状態に変化する。このとき、第２充電スイッチ３４１−２に接続されている第４コンデンサ３４２−２１、第５コンデンサ３４２−２２、及び第６コンデンサ３４２−２３に充電される電荷の量が確定する。つまり、電圧信号の値が確定する。

続いて、同様に、時間ｔ１４のとき、第１サンプリングスイッチ３４３−１がオン状態になり、第４コンデンサ３４２−２１に充電された電荷がサンプリングされる。続いて、第２サンプリングスイッチ３４３−２がオン状態になり、第５コンデンサ３４２−２２に充電された電荷がサンプリングされる。続いて、第３サンプリングスイッチ３４３−３がオン状態になり、第６コンデンサ３４２−２３に充電された電荷がサンプリングされる。

時間ｔ１５のとき、第２充電スイッチ３４１−２が、オフ状態からオン状態に変化する。このとき、第４コンデンサ３４２−２１、第５コンデンサ３４２−２２、及び第６コンデンサ３４２−２３に電荷が充電され始める。

続いて、同様に、時間ｔ１６のとき、第３充電スイッチ３４１−３が、オン状態からオフ状態に変化する。このとき、第３充電スイッチ３４１−３に接続されている第７コンデンサ３４２−３１、第８コンデンサ３４２−３２、及び第９コンデンサ３４２−３３に充電される電荷の量が確定する。つまり、電圧信号の値が確定する。

続いて、同様に、時間ｔ１６のとき、第１サンプリングスイッチ３４３−１がオン状態になり、第７コンデンサ３４２−３１に充電された電荷がサンプリングされる。続いて、第２サンプリングスイッチ３４３−２がオン状態になり、第８コンデンサ３４２−３２に充電された電荷がサンプリングされる。続いて、第３サンプリングスイッチ３４３−３がオン状態になり、第９コンデンサ３４２−３３に充電された電荷がサンプリングされる。

時間ｔ１７のとき、第３充電スイッチ３４１−３が、オフ状態からオン状態に変化する。このとき、第７コンデンサ３４２−３１、第８コンデンサ３４２−３２、及び第９コンデンサ３４２−３３に電荷が充電され始める。

このように、複数のコンデンサ（３４２−１１〜３３）のそれぞれが電荷を充電する時間をできるだけ長くすることにより、電圧信号に含まれるノイズを低減することができる。

これらの電荷に対応する複数の電圧信号のそれぞれを、多重化部４０が一つの多重化電圧信号に多重化する。ＡＤ変換部５０が、この多重化電圧信号をサンプリングし、多重化デジタル信号を得る。このデジタル信号には、多重化された複数の電圧情報が含まれている。

電圧信号に含まれるノイズを低減するために、血流測定装置１００は、平均化処理部（図示略）をさらに備えることができる。平均化処理部は、多重化されているデジタル信号の値を平均化処理する。このことにより、血流測定装置１００は、低ノイズ信号を得ることができる。

なお、それぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）がオン状態又はオフ状態になるタイミングは、図１４に示されるように不一致でもよいし、一致していてもよい。このタイミングが不一致である場合は、上述したように、それぞれの充電スイッチ（３４１−１〜３）に接続された３つのコンデンサに充電された電荷について平均化処理することになる。一方、このタイミングが一致している場合は、９つのコンデンサに充電された電荷について平均化処理することになる。後者は前者よりコンデンサの数が多いため、より精度の高い血流速度情報を得ることができる。

なお、受光部又は信号処理部等の配置は特に限定されない。例えばイメージセンサのように二次元アレイ状に受光部を配置することにより、血流速度の分布を二次元方向で取得できる。二次元方向で取得することにより、例えば血管ごとの血流速度が測定できる。

さらに、血流測定装置１００がレンズを備えることにより、広範囲の血流速度分布が取得できる。

従前、レーザードップラーイメージング法という技術がある。このレーザードップラーイメージング法は、単一の受光部が二次元領域の血流マップを得る。

この手法と比べて、この第３の実施形態に係る技術は、二次元領域の血流情報を短時間で取得できるため、高フレームレートで生体の血流分布を得ることができる。これにより、例えばマッサージ効果を定量化できる。マッサージ効果が高い部位の血流が速くなるためである。

なお、本明細書中に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

なお、本技術は、以下のような構成をとることもできる。
［１］少なくとも一つの光源部と、
複数の受光部と、
複数の信号処理部と、
少なくとも一つの多重化部と、
少なくとも一つのＡＤ変換部と、を備えており、
前記光源部が、コヒーレント光を生体に照射し、
前記複数の受光部のそれぞれが、前記コヒーレント光が反射した反射光を受信し、前記反射光の強度を電流信号に変換し、
前記複数の信号処理部のそれぞれが、前記電流信号を電圧信号に変換し、
前記多重化部が、複数の前記電圧信号を少なくとも一つの多重化電圧信号に多重化し、
前記ＡＤ変換部が、前記多重化電圧信号をサンプリングし、多重化デジタル信号を得る、
血流測定装置。
［２］前記信号処理部が、平滑化部を有している、［１］に記載の血流測定装置。
［３］前記平滑化部が、
充電スイッチと、
コンデンサと、を有しており、
前記充電スイッチが、オンとオフとを交互に繰り返し、
前記コンデンサが、前記電圧信号に係る電荷を充電する状態と、前記電荷を放電する状態と、を交互に繰り返すことにより、前記電荷をサンプリングする、
［２］に記載の血流測定装置。
［４］平均化処理部をさらに備えており、
前記平均化処理部が、前記多重化デジタル信号を平均化処理することにより、低ノイズ信号を得る、
［１］〜［３］のいずれか一つに記載の血流測定装置。
［５］タイミング制御部をさらに備えており、
前記タイミング制御部が、前記コンデンサの放電タイミングと、前記ＡＤ変換部のサンプリングタイミングとの同期をとる、
［３］に記載の血流測定装置。
［６］前記タイミング制御部が、複数の前記コンデンサの放電タイミングの同期をとる、［５］に記載の血流測定装置。
［７］複数の前記サンプリングタイミングの位相が異なっている、［５］に記載の血流測定装置。
［８］複数の前記サンプリングタイミングの周期が異なっている、［５］に記載の血流測定装置。
［９］前記平滑化部が、
複数の充電スイッチと、
複数のサンプリングスイッチと、
複数のコンデンサと、を備えており、
前記複数の充電スイッチのそれぞれがオン又はオフされたタイミングで、前記複数のコンデンサのそれぞれに充電された前記電圧信号に係る電荷が放電され、前記複数のサンプリングスイッチのそれぞれがオン又はオフされることにより、前記電荷をサンプリングする、
［２］、［３］、［５］、［６］、［７］、又は［８］に記載の血流測定装置。

１００ 血流測定装置
１０ 光源部
２０ 受光部
３０ 信号処理部
３１ ＩＶ変換部
３２ ノイズ除去及び微分部
３３ 整流部
３４ 平滑化部
３４１ 充電スイッチ
３４２ コンデンサ
３４３ サンプリングスイッチ
３５ バッファ
４０ 多重化部
５０ ＡＤ変換部
６０ タイミング制御部
７０ 平均化処理部
１１０−１ 第１グループ
１１０−２ 第２グループ
Ｖ１ 第１多重化電圧信号
Ｖ２ 第２多重化電圧信号

Claims (9)

1. 少なくとも一つの光源部と、
   複数の受光部と、
   複数の信号処理部と、
   少なくとも一つの多重化部と、
   少なくとも一つのＡＤ変換部と、を備えており、
   前記光源部が、コヒーレント光を生体に照射し、
   前記複数の受光部のそれぞれが、前記コヒーレント光が反射した反射光を受信し、前記反射光の強度を電流信号に変換し、
   前記複数の信号処理部のそれぞれが、前記電流信号を電圧信号に変換し、
   前記多重化部が、複数の前記電圧信号を少なくとも一つの多重化電圧信号に多重化し、
   前記ＡＤ変換部が、前記多重化電圧信号をサンプリングし、多重化デジタル信号を得る、
   血流測定装置。
2. 前記信号処理部が、平滑化部を有している、
   請求項１に記載の血流測定装置。
3. 前記平滑化部が、
   充電スイッチと、
   コンデンサと、を有しており、
   前記充電スイッチが、オンとオフとを交互に繰り返し、
   前記コンデンサが、前記電圧信号に係る電荷を充電する状態と、前記電荷を放電する状態と、を交互に繰り返すことにより、前記電荷をサンプリングする、
   請求項２に記載の血流測定装置。
4. 平均化処理部をさらに備えており、
   前記平均化処理部が、前記多重化デジタル信号を平均化処理することにより、低ノイズ信号を得る、
   請求項１に記載の血流測定装置。
5. タイミング制御部をさらに備えており、
   前記タイミング制御部が、前記コンデンサの放電タイミングと、前記ＡＤ変換部のサンプリングタイミングとの同期をとる、
   請求項３に記載の血流測定装置。
6. 前記タイミング制御部が、複数の前記コンデンサの放電タイミングの同期をとる、
   請求項５に記載の血流測定装置。
7. 複数の前記サンプリングタイミングの位相が異なっている、
   請求項５に記載の血流測定装置。
8. 複数の前記サンプリングタイミングの周期が異なっている、
   請求項５に記載の血流測定装置。
9. 前記平滑化部が、
   複数の充電スイッチと、
   複数のサンプリングスイッチと、
   複数のコンデンサと、を備えており、
   前記複数の充電スイッチのそれぞれがオン又はオフされたタイミングで、前記複数のコンデンサのそれぞれに充電された前記電圧信号に係る電荷が放電され、前記複数のサンプリングスイッチのそれぞれがオン又はオフされることにより、前記電荷をサンプリングする、
   請求項２に記載の血流測定装置。