JP2023043576A - Biological information measurement device and biological information measurement program - Google Patents

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一宏 逆井
Kazuhiro Sakai
英之 梅川
Hideyuki Umekawa
学 赤松
Manabu Akamatsu
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Abstract

To easily determine that a waveform pattern is not an inappropriate waveform pattern, compared with when determining an appropriate waveform pattern using an existing algorithm.SOLUTION: A biological information measurement device 10 includes a CPU 20A. The CPU 20A acquires a first signal and a second signal detected from a living body, multiplies the value of the first signal or the value of the second signal by a coefficient to compensate one of the value of the first signal and the value of the second signal, so that the difference between the amount of change in the first signal and the amount of change in the second signal become smaller with changes in the arterial blood volume of the living body, calculates a waveform pattern representing the change in blood oxygen concentration in the living body, represented as the difference between the value of the first signal and the value of the second signal, one of which is compensated by a coefficient, and determines that the waveform pattern is appropriate if the value representing the degree of correlation between the first signal and the second signal is less than a threshold value.SELECTED DRAWING: Figure 12

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。 The present invention relates to a biological information measuring device and a biological information measuring program.

例えば、特許文献1には、センサを用いて生体から抽出した動脈血の吸光度信号に基づいて酸素飽和度の変化を算出する酸素運搬の循環時間測定方法が記載されている。この酸素運搬の循環時間測定方法は、生体への吸気酸素量を変化させると共にその変化させた時点を基準点とし、その基準点から動脈血の酸素飽和度が変化するまでの時間を測定する。 For example, Patent Literature 1 describes a method for measuring circulation time of oxygen delivery in which a change in oxygen saturation is calculated based on an absorbance signal of arterial blood extracted from a living body using a sensor. In this oxygen delivery circulation time measurement method, the intake oxygen amount to the living body is changed, and the time point of the change is used as a reference point, and the time from the reference point until the oxygen saturation of arterial blood changes is measured.

また、特許文献2には、血中酸素濃度の変化を測定することができる生体情報測定装置が記載されている。この生体情報測定装置は、生体から検出される第1の波長の光の光量変化を表す第1の信号と、生体から検出される第2の波長の光の光量変化を表す第2の信号とを受け付け、生体の動脈血液量の変化に伴う、第1の信号の変化量と第2の信号の変化量との差が小さくなるように、第1の信号及び第2の信号の少なくとも一方を補正する補正部と、補正部により少なくとも一方が補正された第1の信号及び第2の信号に基づいて、生体における血中酸素濃度の変化を算出する算出部と、を備える。 Further, Patent Literature 2 describes a biological information measuring device capable of measuring changes in blood oxygen concentration. This biological information measuring apparatus generates a first signal representing a change in the amount of light of a first wavelength detected from a living body, and a second signal representing a change in the amount of light of a second wavelength detected from the living body. and at least one of the first signal and the second signal so as to reduce the difference between the amount of change in the first signal and the amount of change in the second signal due to changes in the arterial blood volume of the living body. A correction unit for correction, and a calculation unit for calculating a change in blood oxygen concentration in a living body based on the first signal and the second signal, at least one of which is corrected by the correction unit.

特開2006-231012号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-231012 特開2019-166144号公報JP 2019-166144 A

ところで、被験者の血中酸素濃度を変化させる方法として最も簡便な方法は、被験者に息止めをしてもらうことである。しかし、息を止めることの抵抗感から、肺に多くの空気を含んだまま息止めをしてしまう場合がある。この場合、血中酸素濃度の変化を表す波形パターンから、血中酸素濃度の変化により生じる波形パターンの変曲点が特定できない不適切なパターンとなる。 By the way, the simplest method for changing the blood oxygen concentration of a subject is to have the subject hold his or her breath. However, because of the reluctance to hold the breath, there are cases where the breath is held while the lungs contain a lot of air. In this case, the waveform pattern representing the change in the blood oxygen concentration becomes an inappropriate pattern in which the inflection point of the waveform pattern caused by the change in the blood oxygen concentration cannot be specified.

既存の技術では、上記波形パターンが適切か否かを判定するために、複雑なアルゴリズムが必要とされ、判定処理にかかる負荷が大きかった。このため、簡易な判定方法が望まれている。 With the existing technology, a complicated algorithm is required to determine whether the waveform pattern is appropriate, and the load on the determination process is heavy. Therefore, a simple determination method is desired.

本開示は、既存のアルゴリズムを用いて適切な波形パターンを判定する場合と比較して、簡易に不適切な波形パターンでないことを判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。 The present disclosure provides a biological information measurement device and a biological information measurement program that can easily determine that the waveform pattern is not inappropriate compared to determining an appropriate waveform pattern using an existing algorithm. intended to

上記目的を達成するために、第1態様に係る生体情報測定装置は、プロセッサを備え、前記プロセッサが、生体から検出される第1の波長の光の光量変化を表す第1の信号と、前記生体から検出される第2の波長の光の光量変化を表す第2の信号とを取得し、前記第1の信号の値又は前記第2の信号の値に対して、前記生体の動脈血液量の変化に伴う、前記第1の信号の変化量と前記第2の信号の変化量との差が小さくなるように、係数を乗じることにより、前記第1の信号の値及び前記第2の信号の値のいずれか一方を補正し、前記係数によりいずれか一方が補正された第1の信号の値と前記第2の信号の値との差として表される、前記生体における血中酸素濃度の変化を表す波形パターンを算出し、前記第1の信号と前記第2の信号との相関度合いを表す値が閾値未満である場合に、前記波形パターンを適切と判定する。 In order to achieve the above object, a biological information measuring apparatus according to a first aspect includes a processor, wherein the processor generates a first signal representing a change in the amount of light of a first wavelength detected from a living body; obtaining a second signal representing a change in the amount of light of a second wavelength detected from a living body, and determining the amount of arterial blood in the living body with respect to the value of the first signal or the value of the second signal; The value of the first signal and the value of the second signal are multiplied by a coefficient so that the difference between the amount of change in the first signal and the amount of change in the second signal due to the change in of the blood oxygen concentration in the living body, expressed as the difference between the first signal value and the second signal value, one of which is corrected by the coefficient A waveform pattern representing a change is calculated, and the waveform pattern is determined to be appropriate when a value representing the degree of correlation between the first signal and the second signal is less than a threshold.

また、第2態様に係る生体情報測定装置は、第1態様に係る生体情報測定装置において、前記プロセッサが、前記適切と判定した波形パターンから、前記生体の吸気酸素量の変化に伴う、前記血中酸素濃度の変曲点を検出し、前記生体の吸気酸素量が変化した時点から、前記検出された血中酸素濃度の変曲点までの時間を特定する。 Further, the biological information measuring device according to the second aspect is the biological information measuring device according to the first aspect, wherein from the waveform pattern determined as appropriate by the processor, the blood is The point of inflection of the middle oxygen concentration is detected, and the time from the time when the intake oxygen amount of the living body changes to the detected point of inflection of the blood oxygen concentration is specified.

また、第3態様に係る生体情報測定装置は、第1態様又は第2態様に係る生体情報測定装置において、前記プロセッサが、前記相関度合いを表す値が前記閾値以上である場合に、前記波形パターンを不適切と判定し、再測定を促す警告を行う。 Further, the biological information measuring device according to the third aspect is the biological information measuring device according to the first aspect or the second aspect, wherein when the value representing the degree of correlation is equal to or greater than the threshold value, the waveform pattern is determined to be inappropriate, and a warning is issued to prompt remeasurement.

また、第4態様に係る生体情報測定装置は、第3態様に係る生体情報測定装置において、前記警告が、息を十分吐いてから息止めをして再測定するよう促すメッセージを含む。 Further, a biological information measuring device according to a fourth aspect is the biological information measuring device according to the third aspect, wherein the warning includes a message prompting the user to exhale sufficiently, hold his/her breath, and perform the measurement again.

また、第5態様に係る生体情報測定装置は、第1態様~第4態様の何れか1の態様に係る生体情報測定装置において、前記相関度合いを表す値が、前記生体の吸気酸素量を変化させた後の予め定めた時間における前記第1の信号及び前記第2の信号から算出される。 Further, a biological information measuring device according to a fifth aspect is the biological information measuring device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the value representing the degree of correlation changes the inspiratory oxygen amount of the living body. It is calculated from the first signal and the second signal at a predetermined time after being set.

また、第6態様に係る生体情報測定装置は、第5態様に係る生体情報測定装置において、前記予め定めた時間が、前記生体の2拍以上の期間とされる。 Further, in the biological information measuring device according to the sixth aspect, in the biological information measuring device according to the fifth aspect, the predetermined time is a period of two or more beats of the living body.

また、第7態様に係る生体情報測定装置は、第1態様~第6態様の何れか1の態様に係る生体情報測定装置において、前記係数が、前記生体の吸気酸素量を変化させる前における前記第1の信号の振幅と前記第2の信号の振幅との振幅比で表され、前記補正が、前記係数を、前記生体の吸気酸素量を変化させた後における前記第1の信号の値又は前記第2の信号の値に乗じることで行われる。 Further, a biological information measuring device according to a seventh aspect is the biological information measuring device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the coefficient is the It is represented by the amplitude ratio of the amplitude of the first signal and the amplitude of the second signal, and the correction is the value of the first signal after changing the inspiratory oxygen amount of the living body or This is done by multiplying the value of the second signal.

また、第8態様に係る生体情報測定装置は、第1態様に係る生体情報測定装置において、前記プロセッサが、前記係数を、前記第1の信号の値及び前記第2の信号の値から得られる回帰直線の傾きから算出する。 Further, a biological information measuring device according to an eighth aspect is the biological information measuring device according to the first aspect, wherein the processor obtains the coefficient from the value of the first signal and the value of the second signal. Calculated from the slope of the regression line.

また、第9態様に係る生体情報測定装置は、第8態様に係る生体情報測定装置において、前記回帰直線が、前記生体の2拍以上の期間における前記第1の信号の値及び前記第2の信号の値から得られる。 Further, the biological information measuring device according to the ninth aspect is the biological information measuring device according to the eighth aspect, wherein the regression line is the value of the first signal and the value of the second signal in a period of two or more beats of the living body. Obtained from the value of the signal.

また、第10態様に係る生体情報測定装置は、第8態様又は第9態様に係る生体情報測定装置において、前記プロセッサが、前記第1の信号及び前記第2の信号の相関度合いを表す値が予め定めた値以上の場合に、前記係数を算出する。 Further, a biological information measuring device according to a tenth aspect is the biological information measuring device according to the eighth aspect or the ninth aspect, wherein the processor determines that the value representing the degree of correlation between the first signal and the second signal is If it is equal to or greater than a predetermined value, the coefficient is calculated.

また、第11態様に係る生体情報測定装置は、第8態様~第10態様の何れか1の態様に係る生体情報測定装置において、前記プロセッサが、前記回帰直線を収縮期と拡張期とに分け、それぞれの回帰直線の傾きの差が予め定めた範囲内にある場合に、前記係数を算出する。 Further, a biological information measuring device according to an eleventh aspect is the biological information measuring device according to any one of the eighth to tenth aspects, wherein the processor divides the regression line into systole and diastole. , the coefficient is calculated when the difference between the slopes of the regression lines is within a predetermined range.

また、第12態様に係る生体情報測定装置は、第8態様~第11態様の何れか1の態様に係る生体情報測定装置は、前記プロセッサが、前記生体の緊張状態を示す指標であるLF/HF比が閾値以下である場合に、前記係数を算出する。 Further, the biological information measuring device according to the twelfth aspect is the biological information measuring device according to any one of the eighth aspect to the eleventh aspect, wherein the processor is an index indicating the tension state of the living body LF/ If the HF ratio is less than or equal to the threshold, the factor is calculated.

更に、上記目的を達成するために、第13態様に係る生体情報測定プログラムは、生体から検出される第1の波長の光の光量変化を表す第1の信号と、前記生体から検出される第2の波長の光の光量変化を表す第2の信号とを取得し、前記第1の信号の値又は前記第2の信号の値に対して、前記生体の動脈血液量の変化に伴う、前記第1の信号の変化量と前記第2の信号の変化量との差が小さくなるように、係数を乗じることにより、前記第1の信号の値及び前記第2の信号の値のいずれか一方を補正し、前記係数によりいずれか一方が補正された第1の信号の値と前記第2の信号の値との差として表される、前記生体における血中酸素濃度の変化を表す波形パターンを算出し、前記第1の信号と前記第2の信号との相関度合いを表す値が閾値未満である場合に、前記波形パターンを適切と判定することを、コンピュータに実行させる。 Furthermore, in order to achieve the above object, a biological information measurement program according to a thirteenth aspect includes a first signal representing a change in the amount of light of a first wavelength detected from a living body, and a first signal detected from the living body. and a second signal representing changes in the amount of light of light with two wavelengths, and with respect to the value of the first signal or the value of the second signal, the Either the value of the first signal or the value of the second signal is multiplied by a coefficient such that the difference between the amount of change in the first signal and the amount of change in the second signal is reduced. is corrected, and a waveform pattern representing a change in the blood oxygen concentration in the living body, represented as a difference between the value of the first signal and the value of the second signal, one of which is corrected by the coefficient If the calculated value representing the degree of correlation between the first signal and the second signal is less than a threshold value, the computer determines that the waveform pattern is appropriate.

第1態様及び第13態様によれば、既存のアルゴリズムを用いて適切な波形パターンを判定する場合と比較して、簡易に不適切な波形パターンでないことを判定することができる、という効果を有する。 According to the first aspect and the thirteenth aspect, there is an effect that it is possible to easily determine that the waveform pattern is not an inappropriate waveform pattern, compared to the case of determining an appropriate waveform pattern using an existing algorithm. .

第2態様によれば、補正後の複数の信号の差を用いない場合と比較して、血中酸素濃度の変曲点までの時間を精度良く特定することができる、という効果を有する。 According to the second aspect, there is an effect that it is possible to specify the time to the inflection point of the blood oxygen concentration with high accuracy as compared with the case where the difference between the corrected signals is not used.

第3態様によれば、波形パターンが不適切な場合に再測定を促すことができる、という効果を有する。 According to the third aspect, there is an effect that remeasurement can be prompted when the waveform pattern is inappropriate.

第4態様によれば、十分に息を吐いてからの息止めを促すことができる、という効果を有する。 According to the fourth aspect, there is an effect that it is possible to encourage the person to hold his/her breath after fully exhaling.

第5態様によれば、吸気酸素量を変化させた後の予め定めた時間を考慮しない場合と比較して、相関度合いを表す値を精度良く算出することができる、という効果を有する。 According to the fifth aspect, there is an effect that the value representing the degree of correlation can be calculated with higher accuracy than in the case where the predetermined time after changing the intake oxygen amount is not considered.

第6態様によれば、吸気酸素量を変化させた後の1拍の期間とする場合と比較して、相関度合いを表す値を精度良く算出することができる、という効果を有する。 According to the sixth aspect, there is an effect that the value representing the degree of correlation can be calculated with higher accuracy than in the case of one beat after changing the inspired oxygen amount.

第7態様によれば、生体の吸気酸素量を変化させた後に係数を得る場合と比較して、精度の高い係数を得ることができる、という効果を有する。 According to the seventh aspect, there is an effect that a highly accurate coefficient can be obtained as compared with the case where the coefficient is obtained after changing the intake oxygen amount of the living body.

第8態様によれば、回帰直線の傾きを考慮しない場合と比較して、簡易に係数を得ることができる、という効果を有する。 According to the eighth aspect, there is an effect that the coefficient can be obtained easily compared to the case where the slope of the regression line is not considered.

第9態様によれば、生体の1拍の期間とする場合と比較して、精度の高い回帰直線を得ることができる、という効果を有する。 According to the ninth aspect, there is an effect that it is possible to obtain a highly accurate regression line as compared with the case where the period is one beat of the living body.

第10態様によれば、相関度合いを表す値が予め定めた値未満である場合と比較して、安定した係数を得ることができる、という効果を有する。 According to the tenth aspect, there is an effect that a stable coefficient can be obtained as compared with the case where the value representing the degree of correlation is less than the predetermined value.

第11態様によれば、回帰直線の傾きの差が予め定めた範囲外にある場合と比較して、安定した係数を得ることができる、という効果を有する。 According to the eleventh aspect, there is an effect that a stable coefficient can be obtained as compared with the case where the difference in slope of the regression line is outside the predetermined range.

第12態様によれば、LF/HF比が閾値より大きい場合と比較して、安定した係数を得ることができる、という効果を有する。 According to the twelfth aspect, there is an effect that a stable coefficient can be obtained as compared with the case where the LF/HF ratio is larger than the threshold.

実施形態に係る血流情報及び血中の酸素飽和度の測定例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the blood flow information which concerns on embodiment, and the measurement example of the oxygen saturation in blood. 実施形態に係る生体からの反射光による受光量の変化の一例を示すグラフである。7 is a graph showing an example of changes in the amount of received light due to reflected light from a living body according to the embodiment; 実施形態に係る血管にレーザ光を照射した場合に生じるドップラーシフトの説明に供する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a Doppler shift that occurs when laser light is applied to a blood vessel according to the embodiment; 実施形態に係る血管にレーザ光を照射した場合に生じるスペックルの説明に供する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining speckles that occur when a blood vessel is irradiated with laser light according to the embodiment; 実施形態に係る単位時間における周波数毎のスペクトル分布の一例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of spectrum distribution for each frequency in unit time according to the embodiment; 実施形態に係る単位時間あたりの血流量の変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of the blood flow volume per unit time which concerns on embodiment. 実施形態に係る生体に吸収される光の吸光量の変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of the light absorption amount of the light absorbed by the living body which concerns on embodiment. 実施形態に係るヘモグロビンによる吸光度特性の一例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of absorbance characteristics of hemoglobin according to the embodiment; 実施形態に係る呼吸波形の測定原理の説明に供する模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle of measuring a respiratory waveform according to the embodiment; 実施形態に係る拍出量の測定原理の説明に供する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle of measuring cardiac output according to the embodiment; 実施形態に係るLFCTの測定方法の一例を説明するためのグラフである。4 is a graph for explaining an example of an LFCT measurement method according to the embodiment; 実施形態に係る生体情報測定装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of an electrical configuration of a biological information measuring device according to an embodiment; FIG. 実施形態に係る生体情報測定装置における発光素子及び受光素子の配置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of arrangement|positioning of the light emitting element and the light receiving element in the biological information measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る生体情報測定装置における発光素子及び受光素子の配置の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of arrangement|positioning of the light emitting element and the light receiving element in the biological information measuring apparatus which concerns on embodiment. 実施形態に係る受光素子におけるデータのサンプリングタイミングの一例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of data sampling timing in the light receiving element according to the embodiment. 第1の実施形態に係る生体情報測定装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of functional composition of a biological information measuring device concerning a 1st embodiment. (A)は血中酸素濃度の変化がある場合のIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係の一例を示す散布図である。(B)は血中酸素濃度の変化がない場合のIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係の一例を示す散布図である。(A) is a scatter diagram showing an example of the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage when there is a change in blood oxygen concentration. (B) is a scatter diagram showing an example of the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage when there is no change in blood oxygen concentration. 第1の実施形態に係る生体情報測定プログラムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of the flow of processing of a biological information measuring program concerning a 1st embodiment. 実施形態に係るIR光信号の振幅及び赤色光信号の振幅の一例を示すグラフである。5 is a graph showing exemplary amplitudes of an IR light signal and a red light signal according to an embodiment; 実施形態に係る係数と脈波差との関係の一例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of a relationship between a coefficient and a pulse wave difference according to the embodiment; 実施形態に係るIR光信号の時系列データ及び赤色光信号の時系列データの一例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of time-series data of an IR light signal and time-series data of a red light signal according to the embodiment; 実施形態に係る補正後のIR光信号の時系列データ及び赤色光信号の時系列データの一例を示すグラフである。7 is a graph showing an example of corrected time-series data of an IR light signal and time-series data of a red light signal according to the embodiment; 実施形態に係る脈波の差分によるモニタ結果の一例を示すグラフである。7 is a graph showing an example of a monitoring result based on a pulse wave difference according to the embodiment; 実施形態に係る脈波差から特定されたLFCTの一例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of LFCT identified from the pulse wave difference according to the embodiment; (A)は第1の不適切パターンに係るIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。(B)は脈波差β(t)の第1の不適切パターンを示すグラフである。(C)は第1の不適切パターンに対するIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。(A) is a graph showing time-series data of an IR light signal and a red light signal according to a first inappropriate pattern; (B) is a graph showing a first inappropriate pattern of the pulse wave difference β(t). (C) is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage for the first inappropriate pattern. (A)は第2の不適切パターンに係るIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。(B)は脈波差β(t)の第2の不適切パターンを示すグラフである。(C)は第2の不適切パターンに対するIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。(A) is a graph showing time-series data of an IR light signal and a red light signal according to a second inappropriate pattern; (B) is a graph showing a second inappropriate pattern of the pulse wave difference β(t). (C) is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage for the second inappropriate pattern. (A)は第3の不適切パターンに係るIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。(B)は脈波差β(t)の第3の不適切パターンを示すグラフである。(C)は第3の不適切パターンに対するIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。(A) is a graph showing time-series data of an IR light signal and a red light signal according to a third inappropriate pattern; (B) is a graph showing a third inappropriate pattern of the pulse wave difference β(t). (C) is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage for the third inappropriate pattern. (A)は第4の不適切パターンに係るIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。(B)は脈波差β(t)の第4の不適切パターンを示すグラフである。(C)は第4の不適切パターンに対するIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。(A) is a graph showing time-series data of an IR light signal and a red light signal according to a fourth inappropriate pattern; (B) is a graph showing a fourth inappropriate pattern of the pulse wave difference β(t). (C) is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage for the fourth inappropriate pattern. 第2の実施形態に係るIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係の一例を示す散布図である。FIG. 11 is a scatter diagram showing an example of the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage according to the second embodiment; LFCT測定における準備期間、息止め期間、及び経過観察期間の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a preparation period, a breath-holding period, and a follow-up period in LFCT measurement. (A)及び(B)はIR光信号と赤色光信号との相関関係の説明に供する図である。(A) and (B) are diagrams for explaining the correlation between an IR light signal and a red light signal. IR光信号と赤色光信号との相関関係の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of correlation with an IR light signal and a red light signal. (A)は収縮期及び拡張期におけるIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。(B)は収縮期及び拡張期におけるIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。(A) is a graph showing time-series data of an IR light signal and a red light signal during systole and diastole. (B) is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage during systole and diastole. (A)は血中酸素濃度の変化がない場合の収縮期及び拡張期の各々の回帰直線の一例を示す散布図である。(B)は血中酸素濃度の変化がある場合の収縮期及び拡張期の各々の回帰直線の一例を示す散布図である。(A) is a scatter diagram showing an example of regression lines for each of systole and diastole when there is no change in blood oxygen concentration. (B) is a scatter diagram showing an example of regression lines for each of systole and diastole when there is a change in blood oxygen concentration.

以下、図面を参照して、本開示の技術を実施するための形態の一例について詳細に説明する。なお、動作、作用、機能が同じ働きを担う構成要素及び処理には、全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明を適宜省略する場合がある。各図面は、本開示の技術を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本開示の技術は、図示例のみに限定されるものではない。また、本実施形態では、本発明と直接的に関連しない構成や周知な構成については、説明を省略する場合がある。 Hereinafter, an example of a mode for implementing the technology of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Components and processes having the same actions, actions, and functions are given the same reference numerals throughout the drawings, and overlapping descriptions may be omitted as appropriate. Each drawing is only schematically shown to the extent that the technology of the present disclosure can be fully understood. Therefore, the technology of the present disclosure is not limited only to the illustrated examples. Further, in this embodiment, descriptions of configurations that are not directly related to the present invention and well-known configurations may be omitted.

[第1の実施形態]
まず、図1を参照して、生体情報のうち、特に血液に関する生体情報の一例である血流情報及び血中の酸素飽和度の測定方法について説明する。
[First embodiment]
First, with reference to FIG. 1, a method of measuring blood flow information and oxygen saturation in blood, which is an example of biological information, particularly concerning blood, among biological information will be described.

図1は、本実施形態に係る血流情報及び血中の酸素飽和度の測定例を示す模式図である。
図1に示すように、血流情報及び血中の酸素飽和度とは、被験者の体(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、生体8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等の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。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a measurement example of blood flow information and blood oxygen saturation according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the blood flow information and the oxygen saturation in the blood are obtained by irradiating light from the light emitting element 1 toward the subject's body (living body 8) and receiving light with the light receiving element 3. It is measured using the intensity of light reflected or transmitted by the arteries 4, veins 5, capillaries 6, etc., that is, the amount of reflected light or transmitted light received.

(血流情報の測定)
図2は、本実施形態に係る生体8からの反射光による受光量の変化の一例を示すグラフである。
なお、図2において、グラフ80の横軸は時間の経過を表し、縦軸は受光素子3の受光量を表す。
(Measurement of blood flow information)
FIG. 2 is a graph showing an example of changes in the amount of received light due to reflected light from the living body 8 according to this embodiment.
2, the horizontal axis of the graph 80 represents the passage of time, and the vertical axis represents the amount of light received by the light receiving element 3. As shown in FIG.

図2に示すように、受光素子3の受光量は時間の経過に伴って変化するが、これは血管を含む生体8への光の照射に対して現われる3つの光学現象の影響を受けるためであると考えられる。 As shown in FIG. 2, the amount of light received by the light-receiving element 3 changes with the passage of time. It is believed that there is.

1つ目の光学現象として、脈動によって、測定している血管内に存在する血液量が変化することによる光の吸収の変化が考えられる。血液には、例えば赤血球等の血球細胞が含まれ、毛細血管6等の血管内を移動するため、血液量が変化することによって血管内を移動する血球細胞の数も変化し、受光素子3での受光量に影響を与えることがある。 As the first optical phenomenon, a change in light absorption due to a change in the amount of blood present in the blood vessel being measured due to pulsation can be considered. Blood contains blood cells such as red blood cells, and moves in blood vessels such as capillaries 6. Therefore, the number of blood cells moving in the blood vessels changes as the amount of blood changes. may affect the amount of light received.

2つ目の光学現象として、ドップラーシフトによる影響が考えられる。 As the second optical phenomenon, the influence of Doppler shift can be considered.

図3は、本実施形態に係る血管にレーザ光を照射した場合に生じるドップラーシフトの説明に供する模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the Doppler shift that occurs when a laser beam is applied to a blood vessel according to this embodiment.

図3に示すように、例えばレーザ光のような周波数ω0のコヒーレント光40を発光素子1から血管の一例である毛細血管6を含む領域に照射した場合、毛細血管6を移動する血球細胞で散乱した散乱光42は、血球細胞の移動速度により決まる差周波Δω0を有するドップラーシフトを生じることになる。一方、血球細胞等の移動体を含まない皮膚等の組織(静止組織)で散乱した散乱光42の周波数は、照射したレーザ光の周波数と同じ周波数ω0を維持する。したがって、毛細血管6等の血管で散乱したレーザ光の周波数ω0+Δω0と、静止組織で散乱したレーザ光の周波数ω0とが互いに干渉し、差周波Δω0を有するビート信号が受光素子3で観測され、受光素子3の受光量が時間の経過に伴って変化する。なお、受光素子3で観測されるビート信号の差周波Δω0は血球細胞の移動速度に依存するが、約数十kHzを上限とした範囲に含まれる。 As shown in FIG. 3, for example, when coherent light 40 with a frequency ω 0 such as laser light is irradiated from the light emitting element 1 to a region including a capillary 6, which is an example of a blood vessel, blood cells moving in the capillary 6 Scattered scattered light 42 will undergo a Doppler shift with a difference frequency Δω 0 determined by the moving velocity of blood cells. On the other hand, the frequency of scattered light 42 scattered by a tissue (stationary tissue) such as skin that does not contain moving bodies such as blood cells maintains the same frequency ω 0 as the frequency of the irradiated laser light. Therefore, the frequency ω 0 +Δω 0 of the laser light scattered by the blood vessels such as the capillaries 6 and the frequency ω 0 of the laser light scattered by the stationary tissue interfere with each other, and the beat signal having the difference frequency Δω 0 is generated by the light receiving element 3. , and the amount of light received by the light receiving element 3 changes with the lapse of time. The difference frequency Δω 0 of the beat signal observed by the light-receiving element 3 depends on the moving speed of blood cells, but is within a range with an upper limit of about several tens of kHz.

また、3つ目の光学現象として、スペックルによる影響が考えられる。 Also, as the third optical phenomenon, the influence of speckle can be considered.

図4は、本実施形態に係る血管にレーザ光を照射した場合に生じるスペックルの説明に供する模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining speckles that occur when laser light is applied to a blood vessel according to the present embodiment.

図4に示すように、レーザ光のようなコヒーレント光40を、発光素子1から血管中を矢印44の方向に移動する赤血球等の血球細胞7に照射した場合、血球細胞7にぶつかったレーザ光は様々な方向に散乱する。散乱光は位相が異なるためにランダムに干渉し合う。これによりランダムな斑点模様の光強度分布を生じる。このようにして形成される光強度の分布パターンは「スペックルパターン」と呼ばれる。 As shown in FIG. 4, when coherent light 40 such as laser light is irradiated from light emitting element 1 to blood cells 7 such as red blood cells moving in the direction of arrow 44 in a blood vessel, the laser light collides with blood cells 7. scatters in different directions. Scattered light interferes randomly due to different phases. This produces a random speckled light intensity distribution. A light intensity distribution pattern formed in this way is called a "speckle pattern".

既に説明したように、血球細胞7は血管中を移動するため、血球細胞7における光の散乱状態が変化し、スペックルパターンが時間の経過と共に変動する。したがって、受光素子3の受光量が時間の経過に伴って変化する。 As already explained, since the blood cells 7 move through the blood vessel, the light scattering state of the blood cells 7 changes, and the speckle pattern changes over time. Therefore, the amount of light received by the light receiving element 3 changes over time.

次に、血流情報の求め方の一例について説明する。図2に示す時間経過に伴う受光素子3の受光量が得られた場合、予め定めた単位時間T0の範囲に含まれるデータを切り出し、当該データに対して、例えば高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)を実行することで、周波数ω毎のスペクトル分布が得られる。 Next, an example of how to obtain blood flow information will be described. When the amount of light received by the light receiving element 3 over time shown in FIG. 2 is obtained, the data included in the range of a predetermined unit time T 0 is cut out, and the data is subjected to, for example, a Fast Fourier Transform. : FFT), a spectral distribution for each frequency ω is obtained.

図5は、本実施形態に係る単位時間T0における周波数ω毎のスペクトル分布の一例を示すグラフである。なお、図5において、グラフ82の横軸は周波数ωを表し、縦軸はスペクトル強度を表す。 FIG. 5 is a graph showing an example of spectral distribution for each frequency ω in unit time T 0 according to this embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis of graph 82 represents frequency ω, and the vertical axis represents spectrum intensity.

ここで、血液量はグラフ82の横軸と縦軸とで囲まれた斜線領域84で表されるパワースペクトルの面積を全光量で規格化した値に比例する。また、血流速度はグラフ82で表されるパワースペクトルの周波数平均値に比例するため、周波数ωと周波数ωにおけるパワースペクトルの積を周波数ωについて積分した値を斜線領域84の面積で除算した値に比例する。 Here, the blood volume is proportional to the value obtained by normalizing the area of the power spectrum represented by the shaded area 84 surrounded by the horizontal and vertical axes of the graph 82 by the total amount of light. In addition, since the blood flow velocity is proportional to the frequency average value of the power spectrum represented by the graph 82, the value obtained by integrating the product of the frequency ω and the power spectrum at the frequency ω with respect to the frequency ω is divided by the area of the shaded area 84. proportional to

なお、血流量は血液量と血流速度の積で表わされるため、上記血液量と血流速度の算出式より求めることが可能である。血流量、血流速度、血液量は血流情報の一例であり、血流情報はこれに限定されない。 Since the blood flow is expressed as the product of the blood volume and the blood flow velocity, it can be obtained from the above formula for calculating the blood volume and the blood flow velocity. Blood flow, blood flow velocity, and blood volume are examples of blood flow information, and blood flow information is not limited to these.

図6は、本実施形態に係る単位時間T0あたりの血流量の変化の一例を示すグラフである。なお、図6において、グラフ86の横軸は時間を表し、縦軸は血流量を表す。 FIG. 6 is a graph showing an example of changes in blood flow per unit time T 0 according to this embodiment. In FIG. 6, the horizontal axis of graph 86 represents time, and the vertical axis represents blood flow.

図6に示すように、血流量は時間と共に変動するが、その変動の傾向は2つの種類に分類される。例えば図6の区間Tにおける血流量の変動幅88に比べて、区間Tにおける血流量の変動幅90は大きい。これは、区間Tにおける血流量の変化が、主に脈の動きに伴う血流量の変化であるのに対して、区間Tにおける血流量の変化は、例えばうっ血や神経活動等の原因に伴う血流量の変化を示しているためであると考えられる。 As shown in FIG. 6, the blood flow fluctuates over time, and the tendency of the fluctuation is classified into two types. For example, the variation width 90 of the blood flow volume in the interval T2 is larger than the variation width 88 of the blood flow volume in the interval T1 in FIG. This is because the change in the blood flow in the section T1 is mainly due to the movement of the pulse, whereas the change in the blood flow in the section T2 is caused by, for example, congestion or nerve activity. It is considered that this is because it shows the accompanying change in blood flow.

(酸素飽和度の測定)
次に、血中の酸素飽和度の測定について説明する。血中の酸素飽和度とは、血中酸素濃度の一例であり、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、貧血等の症状が発生しやすくなる。
(Measurement of oxygen saturation)
Next, the measurement of blood oxygen saturation will be described. Blood oxygen saturation is an example of blood oxygen concentration, and is an index showing how much hemoglobin in blood binds to oxygen. symptoms are more likely to occur.

図7は、本実施形態に係る生体8に吸収される光の吸光量の変化の一例を示すグラフである。なお、図7において、グラフ92の横軸は時間を表し、縦軸は吸光量を表す。 FIG. 7 is a graph showing an example of changes in the amount of light absorbed by the living body 8 according to this embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis of the graph 92 represents time, and the vertical axis represents the amount of light absorption.

図7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。 As shown in FIG. 7, the amount of light absorbed by the living body 8 tends to fluctuate over time.

更に、生体8における吸光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7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。 Furthermore, looking at the details of the variation in light absorption in the living body 8, it is assumed that the amount of light absorption varies mainly due to the artery 4, and that the amount of light absorption does not vary in other tissues, including veins 5 and stationary tissue, compared to the artery 4. It is known to be an amount of variation that can be considered. This is because the arterial blood pumped from the heart moves in the blood vessel with pulse waves, so the artery 4 expands and contracts over time along the cross-sectional direction of the artery 4, and the thickness of the artery 4 changes. . In FIG. 7, the range indicated by the arrow 94 indicates the amount of change in the amount of light absorption corresponding to the change in the thickness of the artery 4. As shown in FIG.

図7において、時刻taにおける受光量をIa、時刻tbにおける受光量をIb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。 In FIG. 7, if the amount of light received at time t a is I a and the amount of light received at time t b is I b , the amount of change ΔA in the amount of light absorption due to the change in the thickness of the artery 4 can be expressed by equation (1). be done.

(数1)
ΔA=ln(Ib/Ia)・・・(1)
(Number 1)
ΔA=ln(I b /I a ) (1)

図8は、本実施形態に係るヘモグロビンによる吸光度特性の一例を示すグラフである。
なお、図8において、縦軸は吸光度を表し、横軸は波長を表す。
FIG. 8 is a graph showing an example of absorbance characteristics of hemoglobin according to this embodiment.
In FIG. 8, the vertical axis represents absorbance and the horizontal axis represents wavelength.

図8に示すように、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)は、特に約880nm近辺の波長を有する赤外線(infrared: IR)領域の光を吸収しやすく、酸素と結合していないヘモグロビン(還元ヘモグロビン)は、特に約665nm近辺の波長を有する赤色領域の光を吸収しやすいことが知られている。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。 As shown in FIG. 8, hemoglobin bound to oxygen flowing through the artery 4 (oxyhemoglobin) is particularly likely to absorb light in the infrared (IR) region having a wavelength around 880 nm, and is not bound to oxygen. It is known that hemoglobin (reduced hemoglobin) is particularly apt to absorb light in the red region having a wavelength around 665 nm. Furthermore, it is known that the oxygen saturation has a proportional relationship with the ratio of the amount of change ΔA in the amount of light absorption at different wavelengths.

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ΔAIRと、赤色光を生体8に照射した場合の吸光量の変化量ΔARed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)式においてkは比例定数である。 Therefore, compared to other wavelength combinations, infrared light (IR light) and red light are more likely to cause a difference in the amount of light absorption between oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin. By calculating the ratio between the amount of change ΔA IR and the amount of change ΔA Red in the amount of absorption when the living body 8 is irradiated with red light, the oxygen saturation S is calculated by the equation (2). In addition, k in (2) Formula is a proportionality constant.

(数2)
S=k(ΔARed/ΔAIR)・・・(2)
(Number 2)
S=k(ΔA Red / ΔAIR ) (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、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とを一部の発光期間が重複しても良いが、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を算出することで、酸素飽和度が測定される。 That is, when calculating the oxygen saturation in blood, a plurality of light-emitting elements 1 that irradiate light of different wavelengths, specifically, a light-emitting element 1 that irradiates IR light and a light-emitting element 1 that irradiates red light. may overlap part of the light emission period, but it is desirable that the light emission periods do not overlap. Then, the reflected light or transmitted light from each light emitting element 1 is received by the light receiving element 3, and the amount of light received at each light receiving time is obtained by formulas (1) and (2), or by modifying these formulas. Oxygen saturation is measured by calculating a known formula.

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。 As a known formula obtained by modifying the above formula (1), for example, formula (1) may be developed to express the amount of change ΔA in the amount of light absorption as in formula (3).

(数3)
ΔA=lnIb-lnIa・・・(3)
(Number 3)
ΔA= lnIb - lnIa (3)

また、(1)式は(4)式のように変形することができる。 Also, equation (1) can be transformed into equation (4).

(数4)
ΔA=ln(Ib/Ia)=ln(1+(Ib-Ia)/Ia) ・・・(4)
(Number 4)
ΔA=ln( Ib / Ia )=ln(1+( Ib - Ia )/ Ia ) (4)

通常、(Ib-Ia)≪Iaであることから、ln(Ib/Ia)≒(Ib-Ia)/Ia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。 Since (I b -I a )<<I a , ln(I b /I a )≈(I b -I a )/I a is usually established. Equation (5) may be used as the amount of change ΔA in the amount of light absorption.

(数5)
ΔA≒(Ib-Ia)/Ia ・・・(5)
(Number 5)
ΔA≈(I b −I a )/I a (5)

なお、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、以降では、IR光を照射する発光素子1を「発光素子LD1」といい、赤色光を照射する発光素子1を「発光素子LD2」というようにする。また、一例として、発光素子LD1を血流量の算出で使用する発光素子1とし、発光素子LD1及び発光素子LD2を、血中の酸素飽和度の算出で利用する発光素子1とする。 When it is necessary to distinguish between the light-emitting element 1 that emits IR light and the light-emitting element 1 that emits red light, the light-emitting element 1 that emits IR light is hereinafter referred to as "light-emitting element LD1". The light-emitting element 1 that emits red light will be referred to as "light-emitting element LD2". Further, as an example, the light emitting element LD1 is assumed to be the light emitting element 1 used for calculating the blood flow rate, and the light emitting elements LD1 and LD2 are assumed to be the light emitting elements 1 used for calculating the blood oxygen saturation.

また、血中の酸素飽和度を測定する場合、受光量の測定周波数は約30Hzから1000Hz程度で十分であることが知られているため、発光素子LD2の1秒あたりの点滅回数を表す発光周波数も約30Hzから1000Hz程度で十分である。したがって、発光素子LD2における消費電力等の観点からは、発光素子LD2の発光周波数を発光素子LD1の発光周波数より低くすることが好ましいが、発光素子LD2の発光周波数を発光素子LD1の発光周波数に合わせ、発光素子LD1と発光素子LD2を交互に発光させるようにしてもよい。 In addition, when measuring the oxygen saturation in blood, it is known that the measurement frequency of the amount of light received is sufficient at about 30 Hz to 1000 Hz. Also, about 30 Hz to 1000 Hz is sufficient. Therefore, from the viewpoint of power consumption of the light emitting element LD2, it is preferable to set the emission frequency of the light emitting element LD2 lower than that of the light emitting element LD1. , the light emitting element LD1 and the light emitting element LD2 may alternately emit light.

次に、図9を参照して、生体8の末梢部位から得られる脈波信号から呼吸波形を測定する原理について説明する。ここでいう末梢部位の一例としては、手の指先や、足の指先、耳朶等が挙げられる。なお、末梢部位には、肘よりも先の部位や、膝よりも先の部位等も含まれる。また、呼吸波形とは、生体8の呼吸状態を示す信号の波形であり、呼気及び吸気の時間変化を表す時系列信号の波形とされる。 Next, the principle of measuring a respiratory waveform from a pulse wave signal obtained from a peripheral site of the living body 8 will be described with reference to FIG. As an example of the peripheral site here, fingertips, toetips, earlobes, and the like can be mentioned. Note that the peripheral site includes a site beyond the elbow, a site beyond the knee, and the like. A respiratory waveform is a waveform of a signal that indicates the respiratory state of the living body 8, and is a waveform of a time-series signal that indicates temporal changes in expiration and inspiration.

図9は、本実施形態に係る呼吸波形の測定原理の説明に供する模式図である。図9に示すように、吸気時には以下に示すステップにより脈波信号の振幅が減少する。
(S1)胸腔内圧が低下して陰圧となり、肺が拡張する。
(S2)静脈還流量が増加する。
(S3)右心房に流入する血液量が増加する。
(S4)肺の血管床が拡がり、肺が貯留する血液量が増加する。
(S5)肺から左心房に戻る血液量が減少する。
(S6)左心室の1回拍出量が減少する。
(S7)脈波信号の振幅が減少する。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the principle of measuring a respiratory waveform according to this embodiment. As shown in FIG. 9, during inspiration, the amplitude of the pulse wave signal decreases by the following steps.
(S1) The intrathoracic pressure decreases to negative pressure, and the lungs expand.
(S2) The venous return volume increases.
(S3) The amount of blood flowing into the right atrium increases.
(S4) The vascular bed of the lung expands and the amount of blood retained in the lung increases.
(S5) The amount of blood returning from the lungs to the left atrium decreases.
(S6) The stroke volume of the left ventricle decreases.
(S7) The amplitude of the pulse wave signal decreases.

一方、呼気時には以下に示すステップにより脈波信号の振幅が増加する。
(S8)肺から絞り出た血液が左心室に流入する。
(S9)脈波信号の振幅が増加する。
On the other hand, during exhalation, the amplitude of the pulse wave signal increases through the following steps.
(S8) Blood squeezed out of the lungs flows into the left ventricle.
(S9) The amplitude of the pulse wave signal increases.

つまり、「心臓のポンプ動作」により生じる脈動に、呼吸により生じる「肺のポンプ動作」の影響が重畳されるため、生体8の末梢部位から得られる脈波信号から呼吸波形を測定することが可能となる。 In other words, since the pulsation caused by the "pumping action of the heart" is superimposed by the effect of the "pumping action of the lungs" caused by respiration, it is possible to measure the respiratory waveform from the pulse wave signal obtained from the peripheral part of the living body 8. becomes.

次に、図10を参照して、心臓からの血液の拍出量と相関がある指標の一例であるLFCT(Lung to Finger Circulation Time)を測定する原理について説明する。ここでいう拍出量には、上述の心拍出量に限らず、1回拍出量、心係数等も含まれる。なお、心拍出量とは、心臓の単位時間(例えば1分)当たりの収縮によって動脈へ拍出される血液量と定義される。1回拍出量とは、心臓の1回の収縮によって動脈へ拍出される血液量と定義される。心係数とは、心拍出量を被験者の体表面積で除して得られる係数と定義される。また、LFCTとは、呼吸で取り込まれた酸素が肺及び心臓を通り指先に到達するまでの時間と定義される。 Next, with reference to FIG. 10, the principle of measuring LFCT (Lung to Finger Circulation Time), which is an example of an index correlated with the stroke volume of blood from the heart, will be described. The stroke volume referred to here is not limited to the above-described cardiac output, but also includes stroke volume, cardiac index, and the like. Cardiac output is defined as the volume of blood ejected into arteries by contraction of the heart per unit time (for example, 1 minute). Stroke volume is defined as the volume of blood pumped into an artery by one contraction of the heart. Cardiac index is defined as the coefficient obtained by dividing the cardiac output by the subject's body surface area. LFCT is defined as the time it takes for oxygen taken in by respiration to reach the fingertips through the lungs and heart.

図10は、本実施形態に係る拍出量の測定原理の説明に供する模式図である。図10に示すように、上記拍出量とLFCTとは相関がある。例えば、拍出量の一例である心拍出量をCOとした場合、心拍出量COは、以下に示す(6)式により算出される。 FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the principle of measuring the stroke volume according to this embodiment. As shown in FIG. 10, there is a correlation between the stroke volume and LFCT. For example, if CO is the cardiac output, which is an example of the cardiac output, the cardiac output CO is calculated by the following equation (6).

(数6)
CO=(a×S)/LFCT・・・(6)
ここで、aは定数であり、例えばa=50が用いられる。また、Sは被験者の体表面積(m2)であり、LFCTの単位は秒である。
(Number 6)
CO=(a 0 ×S)/LFCT (6)
Here, a 0 is a constant, and for example a 0 =50 is used. Also, S is the subject's body surface area (m 2 ), and the unit of LFCT is seconds.

図11は、本実施形態に係るLFCTの測定方法の一例を説明するためのグラフである。なお、図11において、縦軸は酸素飽和度の逆数を表し、横軸は時間を表す。 FIG. 11 is a graph for explaining an example of the LFCT measurement method according to this embodiment. In FIG. 11, the vertical axis represents the reciprocal of oxygen saturation, and the horizontal axis represents time.

図11に示すように、本実施形態に係るLFCTは、上述した酸素飽和度の変化から測定される。すなわち、LFCTは、一定期間呼吸を停止した後に呼吸を再開した時点から、酸素飽和度が回復したことを示す変曲点までの時間を測定することで得られる。 As shown in FIG. 11, the LFCT according to this embodiment is measured from the change in oxygen saturation described above. That is, the LFCT is obtained by measuring the time from when breathing is resumed after stopping breathing for a certain period to the inflection point indicating recovery of oxygen saturation.

ところで、上述したように、被験者の血中酸素濃度を変化させる方法として最も簡便な方法は、被験者に息止めをしてもらうことである。しかし、息を止めることの抵抗感から、肺に多くの空気を含んだまま息止めをしてしまう場合がある。この場合、血中酸素濃度の変化を表す波形パターンから、血中酸素濃度の変化により生じる波形パターンの変曲点が特定できない不適切なパターンとなる。既存の技術では、上記波形パターンが適切か否かを判定するために、複雑なアルゴリズムが必要とされ、判定処理にかかる負荷が大きかった。このため、簡易な判定方法が望まれている。 By the way, as described above, the simplest method for changing the blood oxygen concentration of a subject is to have the subject hold his or her breath. However, because of the reluctance to hold the breath, there are cases where the breath is held while the lungs contain a lot of air. In this case, the waveform pattern representing the change in the blood oxygen concentration becomes an inappropriate pattern in which the inflection point of the waveform pattern caused by the change in the blood oxygen concentration cannot be specified. With the existing technology, a complicated algorithm is required to determine whether the waveform pattern is appropriate, and the load on the determination process is heavy. Therefore, a simple determination method is desired.

本開示は、既存のアルゴリズムを用いて適切な波形パターンを判定する場合と比較して、簡易に不適切な波形パターンでないことを判定する生体情報測定装置について説明する。 The present disclosure describes a biological information measurement device that easily determines that the waveform pattern is not inappropriate compared to determining an appropriate waveform pattern using an existing algorithm.

本実施形態では、血中酸素濃度の変化がない場合、脈動(血液量)による出力の変化のみとなり、測定される2つの波長(例えば、IR光信号、赤色光信号)による脈波の相関が高く、血中酸素濃度の変化がある場合、相関が低くなることに着目する。つまり、2つの脈波の相関が高い場合には、血中酸素濃度の変化を表す波形パターンは不適切であり、相関が低い場合には、血中酸素濃度の変化を表す波形パターンは適切であると判定する。 In this embodiment, when there is no change in the blood oxygen concentration, there is only a change in the output due to pulsation (blood volume), and the correlation of the pulse wave due to the two wavelengths (for example, IR light signal and red light signal) to be measured is Note that the correlation is low when there is a high and changing blood oxygen concentration. In other words, when the correlation between the two pulse waves is high, the waveform pattern representing changes in blood oxygen concentration is inappropriate, and when the correlation is low, the waveform pattern representing changes in blood oxygen concentration is inappropriate. Determine that there is.

図12は、本実施形態に係る生体情報測定装置10の電気的な構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 12 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the biological information measuring device 10 according to this embodiment.

図12に示すように、本実施形態に係る生体情報測定装置10は、発光制御部12、駆動回路14、増幅回路16、A/D(Analog/Digital)変換回路18、制御部20、表示部22、発光素子LD1、発光素子LD2、及び受光素子3を備えている。なお、発光素子LD1、発光素子LD2、受光素子3、及び増幅回路16は、センサ部を構成している。また、発光制御部12、駆動回路14、増幅回路16、A/D変換回路18、制御部20、及び表示部22は、本体部を構成している。本実施形態では、これらのセンサ部と本体部とは別体で構成され、有線又は無線を介して通信可能とされている。なお、センサ部と本体部とが一体的に構成されていてもよい。また、センサ部は、外部光が入力しないように生体8に密着するように取り付けられる。本実施形態に係るセンサ部は、一例として、生体8の指先に取り付けられるが、耳朶等の他の末梢部位にも取り付け可能とされている。 As shown in FIG. 12, the biological information measuring apparatus 10 according to this embodiment includes a light emission control unit 12, a drive circuit 14, an amplifier circuit 16, an A/D (Analog/Digital) conversion circuit 18, a control unit 20, a display unit 22, a light-emitting element LD1, a light-emitting element LD2, and a light-receiving element 3; The light emitting element LD1, the light emitting element LD2, the light receiving element 3, and the amplifier circuit 16 constitute a sensor section. Further, the light emission control section 12, the drive circuit 14, the amplifier circuit 16, the A/D conversion circuit 18, the control section 20, and the display section 22 constitute a main body section. In this embodiment, the sensor section and the main body section are configured separately, and can communicate with each other via a cable or wirelessly. Note that the sensor section and the main body section may be configured integrally. Also, the sensor unit is attached so as to be in close contact with the living body 8 so as to prevent the input of external light. The sensor unit according to the present embodiment is attached to the fingertip of the living body 8 as an example, but can be attached to other peripheral sites such as the earlobe.

発光制御部12は、発光素子LD1及び発光素子LD2に駆動電力を供給する電力供給回路を含む駆動回路14に、発光素子LD1及び発光素子LD2の発光周期及び発光期間を制御する制御信号を出力する。なお、発光制御部12は、制御部20の一部として実現してもよい。 The light emission control unit 12 outputs a control signal for controlling the light emission cycle and light emission period of the light emitting elements LD1 and LD2 to the driving circuit 14 including a power supply circuit that supplies driving power to the light emitting elements LD1 and LD2. . Note that the light emission control unit 12 may be implemented as part of the control unit 20 .

駆動回路14は、発光制御部12からの制御信号を受け付けると、制御信号で指示された発光周期及び発光期間に従って、発光素子LD1及び発光素子LD2に駆動電力を供給し、発光素子LD1及び発光素子LD2を駆動する。 Upon receiving the control signal from the light emission control unit 12, the drive circuit 14 supplies drive power to the light emitting element LD1 and the light emitting element LD2 in accordance with the light emitting period and the light emitting period indicated by the control signal. Drive LD2.

受光素子3は、発光素子LD1から第1の波長の光を受光し、受光した第1の波長の光に対応する第1の受光信号と、発光素子LD2から第2の波長の光を受光し、受光した第2の波長の光に対応する第2の受光信号と、を出力する。なお、本実施形態では、第1の波長として赤外領域に対応する波長の範囲が適用され、第2の波長として赤色領域に対応する波長の範囲が適用される。また、第1の受光信号にはIR光信号が適用され、第2の受光信号には赤色光信号が適用される。 The light-receiving element 3 receives the light of the first wavelength from the light-emitting element LD1, and receives the light of the second wavelength from the light-emitting element LD2 and the first light-receiving signal corresponding to the received light of the first wavelength. , and a second received light signal corresponding to the received light of the second wavelength. In the present embodiment, a wavelength range corresponding to the infrared region is applied as the first wavelength, and a wavelength range corresponding to the red region is applied as the second wavelength. An IR light signal is applied to the first light reception signal, and a red light signal is applied to the second light reception signal.

増幅回路16は、受光素子3で発生する光の強さに応じた電流を電圧に変換し、A/D変換回路18の入力電圧範囲として規定される電圧レベルまで増幅する。 The amplifier circuit 16 converts the current corresponding to the intensity of the light generated by the light receiving element 3 into a voltage and amplifies it to a voltage level defined as the input voltage range of the A/D conversion circuit 18 .

A/D変換回路18は、増幅回路16で増幅した電圧を入力として、当該電圧の大きさで表される受光素子3の受光量を数値化して出力する。 The A/D conversion circuit 18 receives the voltage amplified by the amplifier circuit 16, quantifies the amount of light received by the light receiving element 3 represented by the magnitude of the voltage, and outputs the result.

制御部20は、CPU(Central Processing Unit)20A、ROM(Read Only Memory)20B、及びRAM(Random Access Memory)20Cを備えている。ROM20Bには、生体情報測定プログラムが記憶される。この生体情報測定プログラムは、例えば、生体情報測定装置10に予めインストールされていてもよい。生体情報測定プログラムは、不揮発性の記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して配布して、生体情報測定装置10に適宜インストールすることで実現してもよい。なお、不揮発性の記憶媒体の例としては、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、光磁気ディスク、HDD、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、フラッシュメモリ、メモリカード等が想定される。 The control unit 20 includes a CPU (Central Processing Unit) 20A, a ROM (Read Only Memory) 20B, and a RAM (Random Access Memory) 20C. A biological information measurement program is stored in the ROM 20B. This biological information measurement program may be pre-installed in the biological information measurement device 10, for example. The biological information measurement program may be stored in a non-volatile storage medium or distributed via a network and installed in the biological information measurement device 10 as appropriate. Examples of nonvolatile storage media include CD-ROMs (Compact Disc Read Only Memory), magneto-optical discs, HDDs, DVD-ROMs (Digital Versatile Disc Read Only Memory), flash memories, memory cards, and the like. be.

表示部22は、生体情報の測定結果を表示する。表示部22には、例えば、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等が用いられる。表示部22は、タッチパネルを一体的に有している。 The display unit 22 displays the measurement results of the biological information. For the display unit 22, for example, a liquid crystal display (LCD), an organic EL (Electro Luminescence) display, or the like is used. The display unit 22 integrally has a touch panel.

図13は、本実施形態に係る生体情報測定装置10における発光素子LD1、発光素子LD2、及び受光素子3の配置の一例を示す図である。また、図14は、本実施形態に係る生体情報測定装置10における発光素子LD1、発光素子LD2、及び受光素子3の配置の別の例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing an example of arrangement of the light-emitting element LD1, the light-emitting element LD2, and the light-receiving element 3 in the biological information measuring device 10 according to this embodiment. FIG. 14 is a diagram showing another example of arrangement of the light-emitting element LD1, the light-emitting element LD2, and the light-receiving element 3 in the biological information measuring device 10 according to this embodiment.

図13に示すように、発光素子LD1、発光素子LD2、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の表面近傍を透過した発光素子LD1及び発光素子LD2の光を受光する。 As shown in FIG. 13, the light-emitting element LD1, the light-emitting element LD2, and the light-receiving element 3 are arranged side by side toward one surface of the living body 8. As shown in FIG. In this case, the light receiving element 3 receives light from the light emitting elements LD1 and LD2 that has passed through the vicinity of the surface of the living body 8 .

なお、発光素子LD1、発光素子LD2、及び受光素子3の配置は、図13の配置例に限定されない。例えば、図14に示すように、発光素子LD1及び発光素子LD2と、受光素子3とを、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を透過した発光素子LD1及び発光素子LD2の光を受光する。 The arrangement of the light emitting element LD1, the light emitting element LD2, and the light receiving element 3 is not limited to the arrangement example shown in FIG. For example, as shown in FIG. 14, the light-emitting elements LD1 and LD2 and the light-receiving element 3 may be arranged at positions facing each other with the living body 8 interposed therebetween. In this case, the light receiving element 3 receives light from the light emitting elements LD1 and LD2 that has passed through the living body 8 .

なお、ここでは一例として、発光素子LD1及び発光素子LD2は、共に面発光レーザ素子であるものとして説明するが、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LD1及び発光素子LD2の各々から照射される光はレーザ光でなくてもよい。この場合、発光素子LD1及び発光素子LD2の各々には、発光ダイオード(Light-Emitting Diode:LED)又は有機発光ダイオード(Organic Light-Emitting Diode:OLED)を用いてもよい。 Here, as an example, the light-emitting element LD1 and the light-emitting element LD2 are both surface-emitting laser elements, but they may be edge-emitting laser elements. Further, the light emitted from each of the light emitting element LD1 and the light emitting element LD2 may not be laser light. In this case, a light-emitting diode (LED) or an organic light-emitting diode (OLED) may be used for each of the light-emitting element LD1 and the light-emitting element LD2.

図15は、本実施形態に係る受光素子3におけるデータのサンプリングタイミングの一例を示すグラフである。図15において、丸印の位置がサンプリングタイミングを示している。なお、図15において、縦軸は受光素子3の出力電圧を表し、横軸は時間を表す。 FIG. 15 is a graph showing an example of data sampling timing in the light receiving element 3 according to this embodiment. In FIG. 15, positions of circles indicate sampling timings. In FIG. 15, the vertical axis represents the output voltage of the light receiving element 3, and the horizontal axis represents time.

図15に示すように、受光素子3が発光素子LD1から受光した光に対応する出力電圧を、IR、IR、・・・、IRとした場合に、時系列データとしてIR(t)=IR、IR、・・・、IRが得られる。同様に、受光素子3が発光素子LD2から受光した光に対応する出力電圧を、Red、Red、・・・、Redとした場合に、時系列データとしてRed(t)=Red、Red、・・・、Redが得られる。このとき、両方の発光素子LD1及び発光素子LD2に対して、発光しない期間を設け、暗状態での出力Dark、Dark、・・・、Darkを得るようにしてもよい。この場合、IR(t)は、IR-Dark、IR-Dark、・・・、IR-Darkとしてもよい。同様に、Red(t)は、Red-Dark、Red-Dark、・・・、Red-Darkとしてもよい。これらのデータのサンプリングは、発光期間の終了近くで出力が安定している状態で行うことが望ましい。 As shown in FIG. 15, when the output voltage corresponding to the light received by the light receiving element 3 from the light emitting element LD1 is IR 1 , IR 2 , . = IR 1 , IR 2 , . . . , IR n are obtained. Similarly, when the output voltages corresponding to the light received by the light receiving element 3 from the light emitting element LD2 are Red1 , Red2 , . . . , Redn , Red(t)= Red1 , Red 2 , . . . , Red n are obtained. At this time, a period during which no light is emitted may be provided for both the light emitting element LD1 and the light emitting element LD2 to obtain outputs Dark 1 , Dark 2 , . . . , Dark n in the dark state. In this case, IR(t) may be IR 1 -Dark 1 , IR 2 -Dark 2 , . . . IR n -Dark n . Similarly, Red(t) may be Red 1 -Dark 1 , Red 2 -Dark 2 , . . . Red n -Dark n . It is desirable to sample these data while the output is stable near the end of the light emitting period.

本実施形態に係る生体情報測定装置10のCPU20Aは、ROM20Bに記憶されている生体情報測定プログラムをRAM20Cに書き込んで実行することにより、図16に示す各部として機能する。なお、CPU20Aは、プロセッサの一例である。 The CPU 20A of the biological information measurement device 10 according to this embodiment writes the biological information measurement program stored in the ROM 20B into the RAM 20C and executes it, thereby functioning as each unit shown in FIG. Note that the CPU 20A is an example of a processor.

図16は、第1の実施形態に係る生体情報測定装置10の機能的な構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 16 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the biological information measuring device 10 according to the first embodiment.

図16に示すように、本実施形態に係る生体情報測定装置10のCPU20Aは、取得部30、補正部31、算出部32、判定部33、検出部34、特定部35、及び推定部36として機能する。 As shown in FIG. 16, the CPU 20A of the biological information measurement device 10 according to the present embodiment includes an acquisition unit 30, a correction unit 31, a calculation unit 32, a determination unit 33, a detection unit 34, an identification unit 35, and an estimation unit 36. Function.

取得部30は、受光素子3から出力されたIR光信号及び赤色光信号の各々を取得する。なお、この場合、IR光信号が第1の信号の一例とされ、赤色光信号が第2の信号の一例とされる。 The obtaining unit 30 obtains each of the IR light signal and the red light signal output from the light receiving element 3 . In this case, the IR light signal is an example of the first signal, and the red light signal is an example of the second signal.

補正部31は、例えば、IR光信号の値に対して、生体8の動脈血液量の変化に伴う、IR光信号の変化量(以下、ΔIRという。)と赤色光信号の変化量(以下、ΔRedという。)との差が小さくなるように、係数を乗じることにより、IR光信号を補正する。この動脈血液量の変化は、心拍に伴う脈動の振幅を表している。なお、補正の対象は、赤色光信号の値としてもよい。 For example, the correction unit 31 adjusts the amount of change in the IR light signal (hereinafter referred to as ΔIR) and the amount of change in the red light signal (hereinafter referred to as ΔRed) is corrected by multiplying the IR light signal by a coefficient. This change in arterial blood volume represents the amplitude of the pulsation associated with the heartbeat. Note that the correction target may be the value of the red light signal.

上記補正は、ΔIRとΔRedとを同一にする補正であることが望ましい。ここで、ΔIRは、IR光信号の振幅として表され、ΔRedは、赤色光信号の振幅として表される。この場合、上記補正は、ΔIRとΔRedとの振幅比(ΔRed/ΔIR)で表される係数αを、IR光信号の値(IR(t))に乗じることで行われる。つまり、IR(t)の補正後の出力は、α×IR(t)となる。 It is desirable that the above correction be a correction to make ΔIR and ΔRed the same. where ΔIR is expressed as the amplitude of the IR light signal and ΔRed is expressed as the amplitude of the red light signal. In this case, the above correction is performed by multiplying the IR light signal value (IR(t)) by a coefficient α represented by the amplitude ratio of ΔIR and ΔRed (ΔRed/ΔIR). That is, the corrected output of IR(t) is α×IR(t).

算出部32は、補正部31により補正されたIR光信号及び赤色光信号に基づいて、生体8における血中酸素濃度の変化を表す波形パターンを算出する。この血中酸素濃度の変化を表す波形パターンは、一例として、補正部31により補正されたIR光信号及び赤色光信号との差(以下、この差を「脈波差」という。)により表される。例えば、脈波差をβ(t)とした場合、β(t)は、以下に示す(7)式により求められる。 The calculator 32 calculates a waveform pattern representing changes in blood oxygen concentration in the living body 8 based on the IR light signal and the red light signal corrected by the corrector 31 . The waveform pattern representing the change in the blood oxygen concentration is represented, for example, by the difference between the IR light signal and the red light signal corrected by the correction unit 31 (hereinafter, this difference is referred to as "pulse wave difference"). be. For example, when the pulse wave difference is β(t), β(t) is obtained by the following equation (7).

(数7)
β(t)=α×IR(t)-Red(t)・・・(7)
(Number 7)
β(t)=α×IR(t)−Red(t) (7)

判定部33は、IR光信号と赤色光信号の相関度合いを表す値が閾値未満である場合に、算出部32で算出した脈波差β(t)を適切と判定する。なお、相関度合いを表す値としては、例えば、予め定めた期間におけるIR光信号の値(例えば、電圧値)と赤色光信号の値(例えば、電圧値)とをプロットした散布図から得られる回帰直線の当てはまりの良さを表す指標である決定係数(=R)が用いられる。決定係数は、公知の手法により求められる。決定係数は、0以上1以下の値とされ、1に近いほど、IR光信号と赤色光信号との相関が高いことを示す。また、閾値としては、例えば、0.8、より望ましくは、0.7とする。一方、判定部33は、相関度合いを表す値が閾値以上である場合に、脈波差β(t)を不適切と判定し、再測定を促す警告を行う。この警告は、例えば、息を十分吐いてから息止めをして再測定するよう促すメッセージを含む。 The determination unit 33 determines that the pulse wave difference β(t) calculated by the calculation unit 32 is appropriate when the value representing the degree of correlation between the IR light signal and the red light signal is less than the threshold. As the value representing the degree of correlation, for example, a regression obtained from a scatter diagram plotting the value of the IR light signal (eg, voltage value) and the value of the red light signal (eg, voltage value) in a predetermined period A coefficient of determination (=R 2 ), which is an index representing the goodness of fit of the straight line, is used. A determination coefficient is calculated|required by a well-known method. The coefficient of determination is a value between 0 and 1, and the closer to 1, the higher the correlation between the IR light signal and the red light signal. Also, the threshold is, for example, 0.8, more preferably 0.7. On the other hand, when the value representing the degree of correlation is equal to or greater than the threshold, the determining unit 33 determines that the pulse wave difference β(t) is inappropriate, and issues a warning to prompt remeasurement. This warning includes, for example, a message prompting the user to take a full breath, hold his breath, and re-measure.

図17(A)は、血中酸素濃度の変化がある場合のIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係の一例を示す散布図である。また、図17(B)は、血中酸素濃度の変化がない場合のIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係の一例を示す散布図である。図中、縦軸は赤色光信号の出力電圧を示し、横軸はIR光信号の出力電圧を示す。 FIG. 17A is a scatter diagram showing an example of the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage when there is a change in blood oxygen concentration. FIG. 17B is a scatter diagram showing an example of the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage when there is no change in blood oxygen concentration. In the figure, the vertical axis indicates the output voltage of the red light signal, and the horizontal axis indicates the output voltage of the IR light signal.

図17(A)の散布図によれば、血中酸素濃度が変化している、つまり、酸素飽和度が低下している場合、IR光信号と赤色光信号との相関が低く、決定係数(この例では、R=0.4995)は閾値(例えば、0.8)未満となっている。この場合、脈波差β(t)は適切と判定される。一方、図17(B)の散布図によれば、血中酸素濃度が変化していない、つまり、酸素飽和度が低下していない場合、IR光信号と赤色光信号との相関が高く、決定係数(この例では、R=0.9258)は閾値(例えば、0.8)以上となっている。この場合、脈波差β(t)は不適切と判定される。 According to the scatter diagram of FIG. 17(A), when the blood oxygen concentration is changing, that is, when the oxygen saturation is decreasing, the correlation between the IR light signal and the red light signal is low, and the coefficient of determination ( In this example, R 2 =0.4995) is below the threshold (eg, 0.8). In this case, the pulse wave difference β(t) is determined to be appropriate. On the other hand, according to the scatter diagram of FIG. 17B, when the blood oxygen concentration does not change, that is, when the oxygen saturation does not decrease, the correlation between the IR light signal and the red light signal is high, and the determination The coefficient (R 2 =0.9258 in this example) is greater than or equal to the threshold (0.8, for example). In this case, the pulse wave difference β(t) is determined to be inappropriate.

また、相関度合いを表す値は、生体8の吸気酸素量を変化させた後(呼吸再開後)の予め定めた時間(例えば、30秒間)におけるIR光信号及び赤色光信号から算出される。なお、1拍だと正確な相関関係が得られ難いため、予め定めた時間は、生体8の2拍以上の期間とすることが望ましい。 A value representing the degree of correlation is calculated from the IR light signal and the red light signal at a predetermined time (for example, 30 seconds) after the intake oxygen amount of the living body 8 is changed (after respiration is resumed). Since it is difficult to obtain an accurate correlation with one beat, it is desirable that the predetermined time be a period of two or more beats of the living body 8 .

検出部34は、判定部33により適切と判定された脈波差β(t)から、生体8の吸気酸素量の変化に伴う、血中酸素濃度の変曲点を検出する。なお、吸気酸素量を変化させる方法としては、一例として、息止めによる方法等が挙げられる。また、ここでいう吸気酸素量の変化とは、少なくとも数秒間に渡り血中酸素濃度に変化を及ぼす変化であって、通常の呼吸状態(例えば、平均的な呼吸回数、深さでの呼吸)による僅かな変化は含まないものとする。つまり、通常の呼吸状態では、吸気酸素量に変化はなく、呼吸を停止する、呼吸を弱める、酸素濃度の高い気体を吸い込む等により通常の呼吸状態から変化させた場合に、吸気酸素量が変化したと判断される。 The detection unit 34 detects the inflection point of the blood oxygen concentration associated with the change in the intake oxygen amount of the living body 8 from the pulse wave difference β(t) determined to be appropriate by the determination unit 33 . One example of a method for changing the amount of inspired oxygen is by holding the breath. In addition, the change in the amount of inspired oxygen here means a change that changes the blood oxygen concentration over at least several seconds, and is normal breathing conditions (e.g., average breathing frequency, deep breathing) It does not include slight changes due to In other words, there is no change in the amount of inspired oxygen under normal breathing conditions, but when the normal breathing state is changed by stopping breathing, weakening breathing, or inhaling gas with a high oxygen concentration, the amount of inspired oxygen changes. It is judged that

特定部35は、生体8の吸気酸素量が変化した時点から、検出部34により検出された血中酸素濃度の変曲点までの時間を特定する。なお、吸気酸素量が変化した時点とは、例えば、呼吸停止の状態から呼吸を再開した時点等である。本実施形態では、特定部35により特定された時間をLFCTとする。 The identifying unit 35 identifies the time from when the intake oxygen amount of the living body 8 changes to the inflection point of the blood oxygen concentration detected by the detecting unit 34 . Note that the time point at which the inspiratory oxygen amount changes is, for example, the time point at which breathing is resumed from a state of respiratory arrest. In this embodiment, the time specified by the specifying unit 35 is LFCT.

推定部36は、特定部35により特定されたLFCTから拍出量を推定する。例えば、上記(6)式を用いて、拍出量の一例である心拍出量を推定する。 The estimation unit 36 estimates the stroke volume from the LFCT identified by the identification unit 35 . For example, the above equation (6) is used to estimate the cardiac output, which is an example of the stroke volume.

ここで、IR光信号及び赤色光信号の各々には、脈動や神経活動などによる血液量の変化を表す成分と、吸気酸素量の変化による酸素濃度の変化を表す成分と、が含まれている。そして、上記脈波差β(t)によれば、係数α(=ΔRed/ΔIR)をIR(t)に乗じ、α×IR(t)とRed(t)との差を採用することで、動脈血の血液量の変化を表す成分が相殺され、酸素濃度の変化を表す成分のみが抽出される。 Here, each of the IR light signal and the red light signal contains a component representing changes in blood volume due to pulsation, nerve activity, etc., and a component representing changes in oxygen concentration due to changes in the amount of inspired oxygen. . Then, according to the pulse wave difference β(t), by multiplying IR(t) by a coefficient α(=ΔRed/ΔIR) and adopting the difference between α×IR(t) and Red(t), Components representing changes in arterial blood volume are canceled out, and only components representing changes in oxygen concentration are extracted.

なお、上記では、IR光信号を補正するために、係数αを(ΔRed/ΔIR)としたが、赤色光信号を補正するために、係数αを(ΔIR/ΔRed)としてもよい。この場合、脈波差β(t)は、以下に示す(8)式により求められる。 In the above description, the coefficient α is set to (ΔRed/ΔIR) to correct the IR light signal, but the coefficient α may be set to (ΔIR/ΔRed) to correct the red light signal. In this case, the pulse wave difference β(t) is obtained by the following equation (8).

(数8)
β(t)=IR(t)-α×Red(t)・・・(8)
(Number 8)
β(t)=IR(t)−α×Red(t) (8)

また、上記では、2つの脈波信号の一例であるIR光信号及び赤色光信号のいずれか一方を補正する場合について説明したが、IR光信号及び赤色光信号の両方を補正するようにしてもよい。また、上記では、IR光信号から赤色光信号を減じたが、赤色光信号からIR光信号を減じても構わない。その場合、β(t)にあらわれる変曲点の向きが異なる。 Further, in the above description, the case of correcting either one of the IR light signal and the red light signal, which are examples of the two pulse wave signals, has been described. good. Also, in the above description, the red light signal is subtracted from the IR light signal, but the IR light signal may be subtracted from the red light signal. In that case, the direction of the inflection point appearing in β(t) is different.

ここで、係数αを求めるときの脈波信号と、求めた係数αを適用する脈波信号とは時間的にずれている。つまり、上記補正は、吸気酸素量を変化させる前におけるΔIRとΔRedとの振幅比で表される係数αを、吸気酸素量を変化させた後におけるIR(t)又はRed(t)に乗じることで行われる。例えば、係数αを求めるときの脈波信号は、呼吸停止前の安静時における脈波信号を用いることが望ましい。 Here, the pulse wave signal for obtaining the coefficient α and the pulse wave signal to which the obtained coefficient α is applied are temporally shifted. That is, the above correction is performed by multiplying IR(t) or Red(t) after changing the intake oxygen amount by a coefficient α represented by the amplitude ratio between ΔIR and ΔRed before changing the intake oxygen amount. is done in For example, it is desirable to use the pulse wave signal at rest before respiratory arrest as the pulse wave signal for obtaining the coefficient α.

次に、図18を参照して、第1の実施形態に係る生体情報測定装置10の作用を説明する。なお、図18は、第1の実施形態に係る生体情報測定プログラムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。 Next, the action of the biological information measuring device 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 18 . Note that FIG. 18 is a flowchart showing an example of the flow of processing of the biological information measurement program according to the first embodiment.

まず、被験者又は測定担当者の操作により生体情報測定装置10の電源がオンされると、生体情報測定プログラムが起動され、以下の各ステップを実行する。 First, when the biometric information measuring apparatus 10 is turned on by the operation of the subject or the person in charge of measurement, the biometric information measuring program is started and the following steps are executed.

図18のステップ100では、CPU20Aが、受光素子3から得られるIR光信号の振幅(ΔIR)を取得し、受光素子3から得られる赤色光信号の振幅(ΔRed)を取得する。このステップ100では、まず、被験者が安静状態を保った状態で、脈波振幅として、ΔIR及びΔRedの各々を取得する。 At step 100 in FIG. 18 , the CPU 20A obtains the amplitude (ΔIR) of the IR light signal obtained from the light receiving element 3 and the amplitude (ΔRed) of the red light signal obtained from the light receiving element 3 . In this step 100, first, each of ΔIR and ΔRed is obtained as the pulse wave amplitude while the subject is in a resting state.

図19は、本実施形態に係るIR光信号の振幅及び赤色光信号の振幅の一例を示すグラフである。
なお、図19において、縦軸は受光素子3の出力電圧を表し、横軸は時間を表す。
FIG. 19 is a graph showing an example of the amplitude of the IR light signal and the amplitude of the red light signal according to this embodiment.
In FIG. 19, the vertical axis represents the output voltage of the light receiving element 3, and the horizontal axis represents time.

図19に示すように、CPU20Aは、IR光信号の値の時系列データであるIR(t)からΔIRを取得し、赤色光信号の値の時系列データであるRed(t)からΔRedを取得する。 As shown in FIG. 19, the CPU 20A acquires ΔIR from IR(t), which is the time-series data of the value of the IR light signal, and acquires ΔRed from Red(t), which is the time-series data of the value of the red light signal. do.

ステップ102では、CPU20Aが、ステップ100で取得したΔIR及びΔRedに基づいて、ΔIRとΔRedとの振幅比で表される係数αを導出する。係数αは、一例として、以下に示す方法で導出される。
(a)任意のタイミングで得られた振幅比を採用する。なお、この場合、LFCTの測定開始後でもよい。
(b)一定期間で得られた複数の振幅比の平均値を採用する。この方法の場合、一点のみの振幅比を採用して係数αを導出する場合と比較し、測定に適した係数αが求められる。
(c)測定終了後に、一例として、図20に示すように、係数αを0~1の間で変化させ、脈波差β(t)に現れる脈動の周波数成分が最も小さい値を採用する。但し、係数αを(ΔRed/ΔIR)とした場合、ΔIR>ΔRedの条件を満たすものとする。この方法の場合、測定中に係数αを導出する必要がないため、例えば、測定時間が短縮される。
At step 102, the CPU 20A derives a coefficient α represented by an amplitude ratio between ΔIR and ΔRed based on ΔIR and ΔRed obtained at step 100. FIG. The coefficient α is derived by the method shown below as an example.
(a) Adopt an amplitude ratio obtained at an arbitrary timing. In this case, it may be after the start of LFCT measurement.
(b) Employing an average value of a plurality of amplitude ratios obtained over a certain period of time. In the case of this method, a coefficient α suitable for measurement can be obtained as compared with the case of deriving the coefficient α by adopting the amplitude ratio of only one point.
(c) After the measurement, as an example, as shown in FIG. 20, the coefficient α is varied between 0 and 1, and the value with the smallest pulsation frequency component appearing in the pulse wave difference β(t) is adopted. However, when the coefficient α is (ΔRed/ΔIR), the condition of ΔIR>ΔRed is satisfied. For this method, the measurement time is shortened, for example, because it is not necessary to derive the coefficient α during the measurement.

図20は、本実施形態に係る係数αと脈波差β(t)との関係の一例を示すグラフである。
なお、図20において、縦軸は脈波差β(t)を表す。また、この例では、α=ΔRed/ΔIR、β(t)=α×IR(t)-Red(t)、である。
FIG. 20 is a graph showing an example of the relationship between the coefficient α and the pulse wave difference β(t) according to this embodiment.
In FIG. 20, the vertical axis represents the pulse wave difference β(t). Also, in this example, α=ΔRed/ΔIR and β(t)=α×IR(t)−Red(t).

図20の上図は、係数α=0.2の場合における脈波差β(t)の全体波形及び拡大波形を示す。左図が全体波形であり、右図が拡大波形である。 The upper diagram in FIG. 20 shows the overall waveform and expanded waveform of the pulse wave difference β(t) when the coefficient α=0.2. The left figure is the overall waveform, and the right figure is the expanded waveform.

図20の中図は、係数α=0.3583の場合における脈波差β(t)の全体波形及び拡大波形を示す。左図が全体波形であり、右図が拡大波形である。 The middle diagram in FIG. 20 shows the overall waveform and expanded waveform of the pulse wave difference β(t) when the coefficient α=0.3583. The left figure is the overall waveform, and the right figure is the expanded waveform.

図20の下図は、係数α=0.6の場合における脈波差β(t)の全体波形及び拡大波形を示す。左図が全体波形であり、右図が拡大波形である。 The lower diagram of FIG. 20 shows the overall waveform and expanded waveform of the pulse wave difference β(t) when the coefficient α=0.6. The left figure is the overall waveform, and the right figure is the expanded waveform.

上記より、係数α=0.3583の場合に、脈波差β(t)に現れる脈動の周波数成分が最も小さくなることが分かる。従って、上記(c)の方法によれば、係数α=0.3583が採用、酸素濃度の変曲点が正しい位置にある脈波差β(t)が得られる。 From the above, it can be seen that the pulsation frequency component appearing in the pulse wave difference β(t) is the smallest when the coefficient α=0.3583. Therefore, according to the above method (c), the coefficient α=0.3583 is adopted, and the pulse wave difference β(t) with the inflection point of the oxygen concentration at the correct position is obtained.

ステップ104では、CPU20Aが、被験者が安静状態を保った状態で、LFCTの測定開始の指示を受け付ける。この測定開始の指示は、一例として、被験者又は測定担当者が表示部22のタッチパネル等を介して測定開始を指示することで行われる。 At step 104, the CPU 20A accepts an instruction to start LFCT measurement while the subject remains at rest. For example, the subject or the person in charge of measurement issues an instruction to start measurement via the touch panel of the display unit 22 or the like.

ステップ106では、CPU20Aが、被験者に対して、息止め開始の指示を行う。具体的には、例えば、表示部22に「息を止めて下さい。」等のメッセージを表示させることで行ってもよいし、音声による指示でもよい。 At step 106, the CPU 20A instructs the subject to start breath-holding. Specifically, for example, a message such as "Please hold your breath."

ステップ108では、CPU20Aが、息止め開始から一定期間経過後(例えば20秒経過後)、被験者に対して、呼吸再開の指示を行う。具体的には、例えば、表示部22にカウントダウンによる呼吸再開を指示するメッセージを表示させることで行ってもよいし、音声による指示でもよい。また、被験者自身による操作(ボタンの押圧操作等)によって呼吸を再開したことを入力してもよい。 At step 108, the CPU 20A instructs the subject to resume breathing after a certain period of time (for example, 20 seconds) has passed since the start of breath-holding. Specifically, for example, a message may be displayed on the display unit 22 to instruct resuming breathing by countdown, or an instruction may be given by voice. Alternatively, the fact that breathing has resumed may be input by the subject's own operation (pressing a button, etc.).

ステップ110では、CPU20Aが、呼吸再開後、所定時間経過したか否かを判定する。この所定時間は、経過観察のための時間として予め設定されており、一例として、60秒間等である。なお、測定部位によって酸素の到達時間が異なるため、測定部位に適した経過観察のための時間を予め設定しておくとよい。所定時間経過したと判定した場合(肯定判定の場合)、ステップ112に移行し、所定時間経過していないと判定した場合(否定判定の場合)、ステップ110で待機となる。 At step 110, the CPU 20A determines whether or not a predetermined time has elapsed after resuming breathing. This predetermined time is set in advance as a time for follow-up observation, and is, for example, 60 seconds. In addition, since the arrival time of oxygen differs depending on the measurement site, it is preferable to preset the time for follow-up observation suitable for the measurement site. If it is determined that the predetermined time has elapsed (in the case of affirmative determination), the process proceeds to step 112, and if it is determined that the predetermined time has not elapsed (in the case of a negative determination), step 110 waits.

ステップ112では、CPU20Aが、上記ステップ102で導出した係数αを、上記の測定により得られたIR(t)又はRed(t)に乗じることで、補正を行う。なお、本実施形態では、係数α(ΔRed/ΔIR)をIR(t)に乗じて補正しているが、Red(t)を補正する場合、係数αを、ΔIR/ΔRed、とすればよい。 At step 112, the CPU 20A performs correction by multiplying IR(t) or Red(t) obtained from the above measurement by the coefficient α derived at step 102 above. In the present embodiment, IR(t) is multiplied by the coefficient α(ΔRed/ΔIR) for correction. However, when correcting Red(t), the coefficient α may be set to ΔIR/ΔRed.

図21は、本実施形態に係るIR光信号の時系列データ及び赤色光信号の時系列データの一例を示すグラフである。なお、図21において、縦軸は受光素子3の出力電圧を表し、横軸は時間を表す。図21に示すように、グラフg1は、IR光信号の時系列データであるIR(t)を表す。また、グラフg2は、赤色光信号の時系列データであるRed(t)を表す。 FIG. 21 is a graph showing an example of time-series data of an IR light signal and time-series data of a red light signal according to this embodiment. In FIG. 21, the vertical axis represents the output voltage of the light receiving element 3, and the horizontal axis represents time. As shown in FIG. 21, graph g1 represents IR(t), which is time-series data of the IR light signal. A graph g2 represents Red(t), which is the time-series data of the red light signal.

図22は、本実施形態に係る補正後のIR光信号の時系列データ及び赤色光信号の時系列データの一例を示すグラフである。なお、図22において、縦軸は受光素子3の出力電圧を表し、横軸は時間を表す。図22に示すように、グラフg3は、IR(t)に係数αを乗じてオフセットを調整したα×IR(t)を表す。また、グラフg4は、赤色光信号の時系列データであるRed(t)を表す。 FIG. 22 is a graph showing an example of corrected time-series data of the IR light signal and time-series data of the red light signal according to the present embodiment. In FIG. 22, the vertical axis represents the output voltage of the light receiving element 3, and the horizontal axis represents time. As shown in FIG. 22, a graph g3 represents α×IR(t) obtained by multiplying IR(t) by a coefficient α to adjust the offset. A graph g4 represents Red(t), which is the time-series data of the red light signal.

なお、上記ステップ108での呼吸再開の指示は、血中酸素濃度の低下を検知した場合に、行うようにしてもよい。 It should be noted that the instruction to resume breathing in step 108 may be made when a decrease in blood oxygen concentration is detected.

図23は、本実施形態に係る脈波の差分によるモニタ結果の一例を示すグラフである。図23では、縦軸は脈波差β(t)を表し、横軸は時間を表す。図23から理解されるように、息止めによる酸素飽和度の変化が明確に現れている。 FIG. 23 is a graph showing an example of a monitoring result based on a pulse wave difference according to the present embodiment. In FIG. 23, the vertical axis represents pulse wave difference β(t), and the horizontal axis represents time. As understood from FIG. 23, the change in oxygen saturation due to breath-holding clearly appears.

次に、ステップ114では、CPU20Aが、ステップ112で補正して得られたα×IR(t)、及び、Red(t)から、上記(7)式を用いて脈波差β(t)を算出する。なお、Red(t)を補正した場合には、上記(8)式を用いて脈波差β(t)を算出すればよい。 Next, in step 114, the CPU 20A calculates the pulse wave difference β(t) from α×IR(t) obtained by the correction in step 112 and Red(t) using the above equation (7). calculate. When Red(t) is corrected, the pulse wave difference β(t) can be calculated using the above equation (8).

次に、ステップ116では、CPU20Aが、IR光信号と赤色光信号の相関度合いを表す値(例えば、決定係数R)が閾値(例えば、0.8)未満であるか否かを判定する。相関度合いを表す値が閾値未満であると判定した場合(肯定判定の場合)、ステップ114で算出した脈波差β(t)を適切と判定し、ステップ118に移行し、相関度合いを表す値が閾値以上であると判定した場合(否定判定の場合)、ステップ114で算出した脈波差β(t)を不適切と判定し、ステップ122に移行する。 Next, at step 116, the CPU 20A determines whether or not a value representing the degree of correlation between the IR light signal and the red light signal (e.g. coefficient of determination R2 ) is less than a threshold value (e.g. 0.8). If it is determined that the value representing the degree of correlation is less than the threshold value (in the case of affirmative determination), the pulse wave difference β(t) calculated in step 114 is determined to be appropriate, the process proceeds to step 118, and the value representing the degree of correlation is greater than or equal to the threshold value (negative determination), the pulse wave difference β(t) calculated in step 114 is determined to be inappropriate, and the process proceeds to step 122 .

ステップ118では、CPU20Aが、ステップ114で算出した脈波差β(t)から、被験者の吸気酸素量の変化に伴う、血中酸素濃度の変曲点を検出する。 At step 118, the CPU 20A detects the inflection point of the blood oxygen concentration associated with the change in the intake oxygen amount of the subject from the pulse wave difference β(t) calculated at step 114. FIG.

ステップ120では、CPU20Aが、被験者の吸気酸素量が変化した時点から、ステップ118で検出した変曲点までの時間を、LFCTとして特定し、本生体情報測定プログラムによる一連の処理を終了する。なお、本実施形態では、LFCTの特定までの処理としたが、更に、特定したLFCTを上記(6)式に適用して、拍出量の一例である心拍出量を算出してもよい。 At step 120, the CPU 20A specifies the time from when the intake oxygen amount of the subject changes to the point of inflection detected at step 118 as LFCT, and terminates the series of processes by the biological information measurement program. In the present embodiment, the processing up to the specification of the LFCT is performed. Further, the specified LFCT may be applied to the above equation (6) to calculate the cardiac output, which is an example of the stroke volume. .

図24は、本実施形態に係る脈波差β(t)から特定されたLFCTの一例を示すグラフである。図24では、縦軸は脈波差β(t)を表し、横軸は時間を表す。 FIG. 24 is a graph showing an example of LFCT identified from the pulse wave difference β(t) according to this embodiment. In FIG. 24, the vertical axis represents the pulse wave difference β(t), and the horizontal axis represents time.

図24に示すように、呼吸を再開した時点から、脈波差β(t)(=α×IR(t)-Red(t))の最大値により示される変曲点までの時間をLFCTとする。 As shown in FIG. 24, the time from the time of resuming breathing to the inflection point indicated by the maximum value of the pulse wave difference β(t) (=α×IR(t)−Red(t)) is LFCT. do.

なお、図24において、グラフg5は、脈波差β(t)を片幅nデータ(この例ではn=64)の移動平均として表したものである。また、グラフg6は、係数α=0.3583とした場合の脈波差β(t)を表す。このように、脈波差β(t)を片幅nデータの移動平均とすることで、血中酸素濃度の違いによる残留脈波成分が除去されるため、より精度の高いLFCTが得られる。 In FIG. 24, a graph g5 represents the pulse wave difference β(t) as a moving average of single-width n data (n=64 in this example). A graph g6 represents the pulse wave difference β(t) when the coefficient α=0.3583. By using the moving average of the single-width n data as the pulse wave difference β(t) in this way, the residual pulse wave component due to the difference in the blood oxygen concentration is removed, so that a more accurate LFCT can be obtained.

また、図24に示すグラフg5及びグラフg6によれば、息止め期間が終了し呼吸を再開した直後から、脈波差β(t)の値が上昇し、1つのピークを迎えた後に値が下降していることが分かる。脈波差β(t)は、血中酸素濃度が低下すると上昇するため、ピークの時点が最も血中酸素濃度が低い状態であり、下降を始める変曲点が呼吸再開により血液中に酸素が取り込まれ始めたことを表している。従って、呼吸を再開しピークを迎えるまでの時間がLFCTとして特定される。 Further, according to the graphs g5 and g6 shown in FIG. 24, the value of the pulse wave difference β(t) increases immediately after the breath-holding period ends and breathing resumes, and after reaching one peak, the value I know it's going down. Since the pulse wave difference β(t) increases as the blood oxygen concentration decreases, the peak point is when the blood oxygen concentration is the lowest, and the inflection point where it begins to fall is when oxygen is released in the blood due to resumption of breathing. It indicates that it has started to be taken in. Therefore, the time from resuming respiration to reaching the peak is specified as LFCT.

一方、ステップ122では、CPU20Aが、再測定を促す警告を行い、本生体情報測定プログラムによる一連の処理を終了する。なお、この警告は、例えば、息を十分吐いてから息止めをして再測定するよう促すメッセージを表示部22に表示させることで行う。 On the other hand, at step 122, the CPU 20A issues a warning to prompt re-measurement, and terminates the series of processes by the biological information measurement program. Note that this warning is performed by, for example, displaying a message on the display unit 22 prompting the user to take a full breath, hold his breath, and perform the measurement again.

次に、図25~図28を参照して、脈波差β(t)の複数の不適切パターン(第1~第4の不適切パターン)と、IR光信号と赤色光信号の相関度合いを表す決定係数Rとの対応関係について具体的に説明する。 Next, referring to FIGS. 25 to 28, a plurality of inappropriate patterns (first to fourth inappropriate patterns) of the pulse wave difference β(t) and the degree of correlation between the IR light signal and the red light signal are calculated. A specific description will be given of the correspondence with the coefficient of determination R2 .

図25(A)は第1の不適切パターンに係るIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。図25(B)は脈波差β(t)の第1の不適切パターンを示すグラフである。図25(C)は第1の不適切パターンに対するIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。 FIG. 25A is a graph showing time-series data of the IR light signal and the red light signal according to the first inappropriate pattern. FIG. 25B is a graph showing a first inappropriate pattern of pulse wave difference β(t). FIG. 25C is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage for the first inappropriate pattern.

第1の不適切パターンは、図25(B)に示すように、極小値が2つ以上存在し、どれを最小値にするか判断できない程度に値が同等となるパターンである。既存のアルゴリズムでは、1番目に小さい極小値と中央値との差を1としたときに、2番目に小さい極小値と中央値との差の比が閾値(0.5)より大きい場合に、第1の不適切パターンと判定していた。これに対して、図25(C)に示すように、IR光信号と赤色光信号の相関度合いを表す決定係数Rは、0.8907となり、閾値(例えば、0.8)以上となる。本実施形態の方法では、決定係数Rが閾値以上であれば、脈波差β(t)が不適切と判定されるため、既存のアルゴリズムと比較して、簡易に第1の不適切パターンが判定される。なお、図25(B)のピークの向きは、図24のピークの向きとは逆の方向性としている。また、上記では、脈波差β(t)を、α×IR(t)-Red(t)、と定義したが、ここでは、脈波差β(t)を、Red(t)-α×IR(t)、と定義する。これらのことは、後述の図26(B)、図27(B)、及び図28(B)においても同様である。 The first inappropriate pattern is, as shown in FIG. 25B, a pattern in which two or more minimum values exist and the values are so similar that it is impossible to determine which one should be the minimum value. In existing algorithms, if the ratio of the difference between the second smallest minimum value and the median value is greater than the threshold value (0.5) when the difference between the first smallest minimum value and the median value is 1, It was determined to be the first inappropriate pattern. On the other hand, as shown in FIG. 25C, the determination coefficient R2 representing the degree of correlation between the IR light signal and the red light signal is 0.8907, which is equal to or greater than the threshold value (for example, 0.8). In the method of the present embodiment, the pulse wave difference β(t) is determined to be inappropriate if the coefficient of determination R 2 is equal to or greater than the threshold. is determined. The direction of the peaks in FIG. 25B is opposite to the direction of the peaks in FIG. Further, in the above, the pulse wave difference β(t) is defined as α×IR(t)−Red(t), but here the pulse wave difference β(t) is defined as Red(t)−α× Define IR(t). The same applies to FIGS. 26(B), 27(B), and 28(B) which will be described later.

図26(A)は第2の不適切パターンに係るIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。図26(B)は脈波差β(t)の第2の不適切パターンを示すグラフである。図26(C)は第2の不適切パターンに対するIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。 FIG. 26A is a graph showing time-series data of the IR light signal and the red light signal according to the second inappropriate pattern. FIG. 26B is a graph showing a second inappropriate pattern of the pulse wave difference β(t). FIG. 26C is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage for the second inappropriate pattern.

第2の不適切パターンは、図26(B)に示すように、極小値は存在するがブロードになっているパターンである。既存のアルゴリズムでは、脈波差β(t)の呼吸再開後の最大値を1、最小値を0としたときに、極小値かつ最小値の両側が0.2と交差する時間の長さが閾値(20秒)以上である場合に、第2の不適切パターンと判定していた。これに対して、図26(C)に示すように、IR光信号と赤色光信号の相関度合いを表す決定係数Rは、0.8587となり、閾値(例えば、0.8)以上となる。本実施形態の方法では、決定係数Rが閾値以上であれば、脈波差β(t)が不適切と判定されるため、既存のアルゴリズムと比較して、簡易に第2の不適切パターンが判定される。 The second inappropriate pattern is a pattern that has a local minimum but is broad, as shown in FIG. 26(B). In the existing algorithm, when the maximum value of the pulse wave difference β(t) after resuming respiration is 1 and the minimum value is 0, the length of time when both sides of the minimum value and the minimum value intersect with 0.2 is If the duration is equal to or greater than the threshold value (20 seconds), it is determined as the second inappropriate pattern. On the other hand, as shown in FIG. 26C, the coefficient of determination R2 representing the degree of correlation between the IR light signal and the red light signal is 0.8587, which is equal to or greater than the threshold value (0.8, for example). In the method of the present embodiment, if the coefficient of determination R2 is equal to or greater than the threshold, the pulse wave difference β(t) is determined to be inappropriate. is determined.

図27(A)は第3の不適切パターンに係るIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。図27(B)は脈波差β(t)の第3の不適切パターンを示すグラフである。図27(C)は第3の不適切パターンに対するIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。 FIG. 27A is a graph showing time-series data of the IR light signal and the red light signal according to the third inappropriate pattern. FIG. 27B is a graph showing a third inappropriate pattern of the pulse wave difference β(t). FIG. 27C is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage for the third inappropriate pattern.

第3の不適切パターンは、図27(B)に示すように、脈波差β(t)の呼吸再開時の値が極小値と同等又はそれ以下の値となるパターンである。既存のアルゴリズムでは、呼吸再開時の値と極小値かつ最小値とを比較し、呼吸再開時の値が極小値以下である場合に、第3の不適切パターンと判定していた。これに対して、図27(C)に示すように、IR光信号と赤色光信号の相関度合いを表す決定係数Rは、0.9844となり、閾値(例えば、0.8)以上となる。本実施形態の方法では、決定係数Rが閾値以上であれば、脈波差β(t)が不適切と判定されるため、既存のアルゴリズムと比較して、簡易に第3の不適切パターンが判定される。 The third inappropriate pattern, as shown in FIG. 27B, is a pattern in which the value of the pulse wave difference β(t) at the time of resuming breathing is equal to or less than the minimum value. In the existing algorithm, the value at the time of resuming breathing is compared with the minimum value and the minimum value, and if the value at the time of resuming breathing is equal to or less than the minimum value, it is determined as the third inappropriate pattern. On the other hand, as shown in FIG. 27C, the coefficient of determination R2 representing the degree of correlation between the IR light signal and the red light signal is 0.9844, which is equal to or greater than the threshold value (for example, 0.8). In the method of the present embodiment, the pulse wave difference β(t) is determined to be inappropriate if the coefficient of determination R2 is equal to or greater than the threshold. is determined.

図28(A)は第4の不適切パターンに係るIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。図28(B)は脈波差β(t)の第4の不適切パターンを示すグラフである。図28(C)は第4の不適切パターンに対するIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。 FIG. 28A is a graph showing time-series data of the IR light signal and the red light signal according to the fourth inappropriate pattern. FIG. 28B is a graph showing a fourth inappropriate pattern of pulse wave difference β(t). FIG. 28C is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage for the fourth inappropriate pattern.

第4の不適切パターンは、図28(B)に示すように、脈波差β(t)の呼吸再開後で最小値をとる点が極小値ではないパターンである。既存のアルゴリズムでは、脈波差β(t)の最小値と極小値かつ最小値とを比較し、最小値と極小値とが一致しない場合に、第4の不適切パターンと判定していた。これに対して、図28(C)に示すように、IR光信号と赤色光信号の相関度合いを表す決定係数Rは、0.9758となり、閾値(例えば、0.8)以上となる。本実施形態の方法では、決定係数Rが閾値以上であれば、脈波差β(t)が不適切と判定されるため、既存のアルゴリズムと比較して、簡易に第4の不適切パターンが判定される。 The fourth inappropriate pattern, as shown in FIG. 28B, is a pattern in which the minimum value of the pulse wave difference β(t) after resuming breathing is not the minimum value. The existing algorithm compares the minimum value and the minimum value of the pulse wave difference β(t) and the minimum value, and if the minimum value and the minimum value do not match, it is determined as the fourth inappropriate pattern. On the other hand, as shown in FIG. 28C, the coefficient of determination R2 representing the degree of correlation between the IR light signal and the red light signal is 0.9758, which is greater than or equal to the threshold (for example, 0.8). In the method of the present embodiment, if the coefficient of determination R2 is equal to or greater than the threshold, the pulse wave difference β(t) is determined to be inappropriate. is determined.

このように本実施形態によれば、2つの脈波の相関が高い場合には、血中酸素濃度の変化を表す波形パターンは不適切であり、相関が低い場合には、血中酸素濃度の変化を表す波形パターンは適切であると判定される。このため、既存のアルゴリズムと比較して、簡易に不適切パターンが判定される。また、息止めによる血中酸素濃度の変化の状態が分かるため、血中酸素濃度の変化が小さい場合に警告を行い、再測定を促すことにより、データの信頼度が向上する。 Thus, according to the present embodiment, when the correlation between the two pulse waves is high, the waveform pattern representing changes in the blood oxygen concentration is inappropriate, and when the correlation is low, the blood oxygen concentration A waveform pattern representing a change is determined to be suitable. Therefore, inappropriate patterns can be easily determined compared to existing algorithms. In addition, since the state of change in blood oxygen concentration due to breath-holding can be known, when the change in blood oxygen concentration is small, a warning is issued and remeasurement is urged, thereby improving the reliability of the data.

[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、補正に用いる係数αを、IR光信号の振幅と赤色光信号の振幅との振幅比とした。本実施形態では、係数αを、IR光信号及び赤色光信号から得られる回帰直線の傾きから算出する形態について説明する。
[Second embodiment]
In the first embodiment, the coefficient α used for correction is the amplitude ratio between the amplitude of the IR light signal and the amplitude of the red light signal. In this embodiment, a mode will be described in which the coefficient α is calculated from the slope of the regression line obtained from the IR light signal and the red light signal.

なお、本実施形態に係る生体情報測定装置は、上記第1の実施形態で説明した生体情報測定装置10と同じ構成要素を有しているため、その繰り返しの説明は省略し、図16を参照して、補正部31の相違点のみを説明する。 Note that the biological information measuring device according to the present embodiment has the same components as the biological information measuring device 10 described in the first embodiment, so repeated description thereof will be omitted, and refer to FIG. Then, only the points of difference of the correction unit 31 will be described.

補正部31は、係数αを、IR光信号の値及び赤色光信号の値から得られる回帰直線の傾きから算出する。 The correction unit 31 calculates the coefficient α from the slope of the regression line obtained from the IR light signal value and the red light signal value.

図29は、第2の実施形態に係るIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係の一例を示す散布図である。 FIG. 29 is a scatter diagram showing an example of the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage according to the second embodiment.

図29の散布図から、回帰直線を求める。この場合、回帰直線は、y=0.3974x+0.2228、と求められる。この回帰直線の傾き”0.3974”を、係数αとする。このとき、生体8の拍数が1拍だと血中酸素濃度の変化があったとしても相関が低くならない場合がある。このため、回帰直線は、生体8の2拍以上の期間におけるIR光信号の値及び赤色光信号の値から算出することが望ましい。 A regression line is obtained from the scatter diagram of FIG. In this case, the regression line is obtained as y=0.3974x+0.2228. The slope "0.3974" of this regression line is set as the coefficient α. At this time, if the beat rate of the living body 8 is 1 beat, even if there is a change in blood oxygen concentration, the correlation may not decrease. Therefore, it is desirable to calculate the regression line from the values of the IR light signal and the red light signal in a period of two or more beats of the living body 8 .

また、補正部31は、IR光信号及び赤色光信号の相関度合いを表す値(例えば、決定係数R)が予め定めた値(例えば、0.9)以上の場合に、係数αを算出するようにしてもよい。 Further, the correction unit 31 calculates the coefficient α when the value (for example, determination coefficient R 2 ) representing the degree of correlation between the IR light signal and the red light signal is equal to or greater than a predetermined value (for example, 0.9). You may do so.

図30は、LFCT測定における準備期間、息止め期間、及び経過観察期間の一例を示す図である。 FIG. 30 is a diagram showing an example of a preparation period, a breath-holding period, and a follow-up period in LFCT measurement.

図30において、係数αは、LFCTの測定開始前、つまり、息止め開始前の期間中の回帰直線のデータから算出される。息止め開始前の期間では、血中酸素濃度の変化が比較的小さく、IR光信号と赤色光信号との相関が高くなる。LFCTが比較的短い被験者では、息止め後早い時間に血中酸素濃度の低下が現れ始める。例えば、LFCTが10秒の被験者では、息止め後10秒程度で血中酸素濃度の変化が現れ、息止め時間が20秒だとすると、半分の時間が血中酸素濃度が変化している時間となる。これに対して、息止め開始前だと血中酸素濃度の大きな変化は現れない。このため、息止め開始前の期間における回帰直線のデータから係数αを算出する。 In FIG. 30, the coefficient α is calculated from the regression line data before the start of LFCT measurement, that is, before the start of breath-holding. During the period before the start of breath-holding, the change in blood oxygen concentration is relatively small and the correlation between the IR light signal and the red light signal is high. In subjects with a relatively short LFCT, a drop in blood oxygen levels begins to appear early after breath-holding. For example, in a subject with an LFCT of 10 seconds, a change in blood oxygen concentration appears about 10 seconds after breath-holding. . In contrast, before the start of breath-holding, no significant change in blood oxygen concentration appears. Therefore, the coefficient α is calculated from the data of the regression line in the period before the start of breath-holding.

図31(A)、図31(B)、及び図32は、IR光信号と赤色光信号との相関関係の説明に供する図である。図31(A)はIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示し、図31(B)は脈波差β(t)のLFCTを示す。図32は、図31(A)に示すIR光信号及び赤色光信号の時系列データの各期間におけるIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。 31(A), 31(B), and 32 are diagrams for explaining the correlation between the IR light signal and the red light signal. FIG. 31(A) shows time-series data of the IR light signal and the red light signal, and FIG. 31(B) shows the LFCT of the pulse wave difference β(t). FIG. 32 is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage in each period of the time-series data of the IR light signal and the red light signal shown in FIG. 31(A).

図31(A)において、領域(1)におけるIR光信号及び赤色光信号は、図32の上図に示すように、決定係数Rが0.9987であり、相関が比較的高いことが分かる。この場合、血中酸素濃度の変化は小さく、回帰直線の相関が高くなるため、領域(1)で係数αを決定してもよい。これにより、血中酸素濃度の変化に起因する係数αの誤差が除去される。 In FIG. 31(A), the IR light signal and the red light signal in region (1) have a coefficient of determination R2 of 0.9987, as shown in the upper diagram of FIG. 32, indicating a relatively high correlation. . In this case, the change in blood oxygen concentration is small and the correlation of the regression line is high, so the coefficient α may be determined in region (1). This eliminates the error in the coefficient α due to changes in the blood oxygen concentration.

同様に、図31(A)において、領域(2)におけるIR光信号及び赤色光信号は、図32の中図に示すように、決定係数Rが0.9876であり、相関が比較的高いことが分かる。領域(2)は、血液量の変化がある領域である。この場合、血中酸素濃度の変化は小さく、回帰直線の相関が高くなるため、領域(2)で係数αを決定してもよい。これにより、血中酸素濃度の変化に起因する係数αの誤差が除去される。 Similarly, in FIG. 31(A), the IR light signal and the red light signal in region (2) have a coefficient of determination R2 of 0.9876, as shown in the middle diagram of FIG. I understand. Region (2) is the region with changes in blood volume. In this case, the change in blood oxygen concentration is small and the correlation of the regression line is high, so the coefficient α may be determined in region (2). This eliminates the error in the coefficient α due to changes in the blood oxygen concentration.

一方、図31(A)において、領域(3)におけるIR光信号及び赤色光信号は、図32の下図に示すように、決定係数Rが0.8069であり、相関が比較的低いことが分かる。領域(3)は、LFCTのピーク近傍の領域である。例えば、測定開始前(準備期間の前)に係数αを決めることが望ましい。この場合、決定された係数αに基づき、リアルタイムで酸素濃度の変化を観測することが可能とされる。具体的に、酸素濃度の変化が小さいとき、つまり、相関が高いときに係数αを決定する。決定係数が領域(1)、(2)のような相関であれば、係数αを決定してもよいが、領域(3)のような相関では係数αを決定しない。 On the other hand, in FIG. 31A, the IR light signal and the red light signal in region (3) have a coefficient of determination R2 of 0.8069, as shown in the lower diagram of FIG. 32, indicating a relatively low correlation. I understand. Region (3) is the region near the LFCT peak. For example, it is desirable to determine the coefficient α before starting measurement (before the preparation period). In this case, it is possible to observe changes in oxygen concentration in real time based on the determined coefficient α. Specifically, the coefficient α is determined when the change in oxygen concentration is small, that is, when the correlation is high. If the coefficient of determination is a correlation such as regions (1) and (2), the coefficient α may be determined, but a correlation such as region (3) does not determine the coefficient α.

また、補正部31は、回帰直線を収縮期と拡張期とに分け、それぞれの回帰直線の傾きの差が予め定めた範囲(例えば、20%)内にある場合に、係数αを算出するようにしてもよい。 Further, the correction unit 31 divides the regression line into systole and diastole, and calculates the coefficient α when the difference in slope of each regression line is within a predetermined range (for example, 20%). can be

図33(A)は収縮期及び拡張期におけるIR光信号及び赤色光信号の時系列データを示すグラフである。図33(B)は収縮期及び拡張期におけるIR光出力電圧と赤色光出力電圧との相関関係を示す散布図である。図33(B)のデータは、血中酸素濃度が変化しているときの1拍分のデータを示す。この場合、収縮期と拡張期とで回帰直線の傾きに相違が見られ、全体として相関が低くなっている。なお、収縮期とは、心臓が収縮して血液を送り出し血圧が高くなる期間であり、拡張期とは、心臓が拡張して全身を巡ってきた血液が心臓に戻り血圧が低くなる期間である。 FIG. 33(A) is a graph showing time-series data of the IR light signal and the red light signal during systole and diastole. FIG. 33B is a scatter diagram showing the correlation between the IR light output voltage and the red light output voltage during systole and diastole. The data in FIG. 33(B) show data for one beat when the blood oxygen concentration is changing. In this case, there is a difference in slope of the regression line between systole and diastole, and the correlation is low as a whole. The systole is the period when the heart contracts to pump out blood and the blood pressure rises, and the diastole is the period when the heart expands and the blood that has circulated throughout the body returns to the heart and the blood pressure drops. .

図33(B)に示すように、血中酸素濃度が変化すると、収縮期における回帰直線の傾きと、拡張期における回帰直線の傾きとに差が生じることが分かる。つまり、収縮期における回帰直線の傾きと、拡張期における回帰直線の傾きとの差が小さいと、血中酸素濃度が変化しないため、相関が高くなり、当該差が大きいと、血中酸素濃度が変化するため、相関が低くなる。 As shown in FIG. 33(B), when the blood oxygen concentration changes, a difference occurs between the slope of the regression line during systole and the slope of the regression line during diastole. In other words, when the difference between the slope of the regression line during systole and the slope of the regression line during diastole is small, the blood oxygen concentration does not change, resulting in a high correlation. change, so the correlation is low.

図34(A)は血中酸素濃度の変化がない場合の収縮期及び拡張期の各々の回帰直線の一例を示す散布図である。図34(B)は血中酸素濃度の変化がある場合の収縮期及び拡張期の各々の回帰直線の一例を示す散布図である。 FIG. 34A is a scatter diagram showing an example of regression lines for each of systole and diastole when there is no change in blood oxygen concentration. FIG. 34B is a scatter diagram showing an example of regression lines for each of systole and diastole when there is a change in blood oxygen concentration.

図34(A)の散布図は、血中酸素濃度が変化していない場合の例を示し、収縮期における回帰直線の傾きと、拡張期における回帰直線の傾きとは略一致している。なお、収縮期における回帰直線は、y=0.6994x+0.4318、と表され、拡張期における回帰直線は、y=0.6665x+0.4574、と表される。一方、図34(B)の散布図は、血中酸素濃度が変化している場合の例を示し、収縮期における回帰直線の傾きと、拡張期における回帰直線の傾きとは異なっている。なお、収縮期における回帰直線は、y=0.8266x+0.263、と表され、拡張期における回帰直線は、y=0.5797x+0.487、と表される。従って、上述したように、それぞれの回帰直線の傾きの差が予め定めた範囲(例えば、20%)内にある場合に、係数αを算出する。これにより、血中酸素濃度の変化に起因する係数αの誤差が除去される。 The scatter diagram of FIG. 34(A) shows an example in which the blood oxygen concentration does not change, and the slope of the regression line during systole and the slope of the regression line during diastole approximately match. The regression line in systole is expressed as y=0.6994x+0.4318, and the regression line in diastole is expressed as y=0.6665x+0.4574. On the other hand, the scatter diagram of FIG. 34(B) shows an example in which the blood oxygen concentration changes, and the slope of the regression line during systole differs from the slope of the regression line during diastole. The regression line in systole is expressed as y=0.8266x+0.263, and the regression line in diastole is expressed as y=0.5797x+0.487. Therefore, as described above, the coefficient α is calculated when the difference in slope of each regression line is within a predetermined range (for example, 20%). This eliminates the error in the coefficient α due to changes in the blood oxygen concentration.

また、補正部31は、生体8の緊張状態を示す指標であるLF/HF比が閾値(例えば、4.0)以下である場合に、係数αを算出するようにしてもよい。 Further, the correction unit 31 may calculate the coefficient α when the LF/HF ratio, which is an index indicating the tension state of the living body 8, is equal to or less than a threshold value (eg, 4.0).

生体8が緊張状態にあると交感神経が働き、心臓の鼓動が早まったり、末梢血管の収縮が起こったりするため、血液の循環状態が変化し、LFCTの測定に影響を与える場合がある。このため、安静状態で測定することが望まれる。 When the living body 8 is in a tense state, the sympathetic nerves act, causing the heart to beat faster and the peripheral blood vessels to constrict, which may change the blood circulation state and affect the LFCT measurement. Therefore, it is desirable to measure in a resting state.

緊張状態を知るための指標の一例として、脈波の低周波成分(主にメイヤー波に起因する)と、高周波成分(主に呼吸に起因する)との積分比であるLF/HF比がある。例えば、LF/HF比の値が4.0以下の場合に係数αを確定してもよい。この指標を用いることで、神経活動が亢進している状態での測定を防止することができる。 An example of an index for knowing the state of tension is the LF/HF ratio, which is the integral ratio of the pulse wave's low-frequency component (mainly caused by Meyer waves) and high-frequency component (mainly caused by respiration). . For example, the coefficient α may be determined when the value of the LF/HF ratio is 4.0 or less. By using this index, it is possible to prevent measurement in a state of hyperactive nerves.

以上では、IR光信号と赤色光信号との相関(脈波の相関)、収縮期及び拡張期の各々における回帰直線の傾きの差、及びLF/HF比の各々の条件を満たす場合に、係数αを決定する場合について説明したが、これら全ての条件を満たす場合に、係数αを決定してもよい。 In the above, when the correlation between the IR light signal and the red light signal (correlation of the pulse wave), the difference in slope of the regression line in each of systole and diastole, and the LF/HF ratio are satisfied, the coefficient Although the case of determining α has been described, the coefficient α may be determined when all these conditions are satisfied.

このように本実施形態によれば、脈動が小さくても多くのデータから、安定した係数αが得られる。また、脈波データから係数αを求めるため、短い時間でも安定した係数αが得られる。また、係数αを確定する際に、脈波の相関、収縮期及び拡張期の各々における回帰直線の傾きの差、LF/HF比を用いることで、安定した係数αが得られる。 Thus, according to this embodiment, even if the pulsation is small, a stable coefficient α can be obtained from many data. Also, since the coefficient α is obtained from the pulse wave data, a stable coefficient α can be obtained even for a short period of time. Further, when determining the coefficient α, a stable coefficient α can be obtained by using the correlation of the pulse wave, the difference in slope of the regression line between the systole and the diastole, and the LF/HF ratio.

なお、上記各実施形態において、プロセッサとは広義的なプロセッサを指し、汎用的なプロセッサ(例えば、CPU:Central Processing Unit、等)や、専用のプロセッサ(例えば、GPU:Graphics Processing Unit、ASIC: Application Specific Integrated Circuit、FPGA:Field Programmable Gate Array、プログラマブル論理デバイス、等)を含むものである。 In each of the above-described embodiments, the processor refers to a processor in a broad sense, and includes general-purpose processors (eg, CPU: Central Processing Unit, etc.) and dedicated processors (eg, GPU: Graphics Processing Unit, ASIC: Application Specific Integrated Circuit, FPGA: Field Programmable Gate Array, programmable logic device, etc.).

また、上記各実施形態におけるプロセッサの動作は、1つのプロセッサによって成すのみでなく、物理的に離れた位置に存在する複数のプロセッサが協働して成すものであってもよい。また、プロセッサの各動作の順序は、上記各実施形態において記載した順序のみに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。 Further, the operations of the processors in each of the above embodiments may be performed not only by one processor but also by cooperation of a plurality of physically separated processors. Also, the order of each operation of the processor is not limited to the order described in each of the above embodiments, and may be changed as appropriate.

以上、実施形態に係る生体情報測定装置を例示して説明した。実施形態は、生体情報測定装置が備える各部の機能をコンピュータに実行させるためのプログラムの形態としてもよい。実施形態は、これらのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体の形態としてもよい。 The biological information measuring device according to the embodiment has been described above as an example. The embodiment may be in the form of a program for causing a computer to execute the function of each unit provided in the biological information measuring device. Embodiments may be in the form of a computer-readable non-transitory storage medium storing these programs.

その他、上記実施形態で説明した生体情報測定装置の構成は、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更してもよい。 In addition, the configuration of the biological information measuring apparatus described in the above embodiment is merely an example, and may be changed according to circumstances without departing from the scope of the invention.

また、上記実施形態で説明したプログラムの処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。 Further, the flow of processing of the program described in the above embodiment is also an example, and unnecessary steps may be deleted, new steps added, or the processing order changed without departing from the scope of the invention. good.

また、上記実施形態では、プログラムを実行することにより、実施形態に係る処理がコンピュータを利用してソフトウェア構成により実現される場合について説明したが、これに限らない。実施形態は、例えば、ハードウェア構成や、ハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせによって実現してもよい。 Further, in the above embodiment, a case has been described in which the processing according to the embodiment is realized by a software configuration using a computer by executing a program, but the present invention is not limited to this. Embodiments may be implemented by, for example, a hardware configuration or a combination of hardware and software configurations.

1 発光素子
3 受光素子
4 動脈
5 静脈
6 毛細血管
7 血球細胞
8 生体
10 生体情報測定装置
12 発光制御部
14 駆動回路
16 増幅回路
18 A/D変換回路
20 制御部
20A CPU
20B ROM
20C RAM
22 表示部
30 取得部
31 補正部
32 算出部
33 判定部
34 検出部
35 特定部
36 推定部
1 Light-emitting element 3 Light-receiving element 4 Artery 5 Vein 6 Capillary vessel 7 Blood cell 8 Living body 10 Biological information measuring device 12 Light emission control unit 14 Drive circuit 16 Amplifier circuit 18 A/D conversion circuit 20 Control unit 20A CPU
20B ROM
20C RAM
22 display unit 30 acquisition unit 31 correction unit 32 calculation unit 33 determination unit 34 detection unit 35 identification unit 36 estimation unit

Claims (13)

プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
生体から検出される第1の波長の光の光量変化を表す第1の信号と、前記生体から検出される第2の波長の光の光量変化を表す第2の信号とを取得し、
前記第1の信号の値又は前記第2の信号の値に対して、前記生体の動脈血液量の変化に伴う、前記第1の信号の変化量と前記第2の信号の変化量との差が小さくなるように、係数を乗じることにより、前記第1の信号の値及び前記第2の信号の値のいずれか一方を補正し、
前記係数によりいずれか一方が補正された第1の信号の値と前記第2の信号の値との差として表される、前記生体における血中酸素濃度の変化を表す波形パターンを算出し、
前記第1の信号と前記第2の信号との相関度合いを表す値が閾値未満である場合に、前記波形パターンを適切と判定する
生体情報測定装置。
with a processor
The processor
Acquiring a first signal representing a change in the amount of light of a first wavelength detected from a living body and a second signal representing a change in the amount of light of a second wavelength detected from the living body,
A difference between the amount of change in the first signal and the amount of change in the second signal, which accompanies the change in the arterial blood volume of the living body, with respect to the value of the first signal or the value of the second signal. correcting either the value of the first signal or the value of the second signal by multiplying a coefficient such that
calculating a waveform pattern representing a change in blood oxygen concentration in the living body, which is expressed as a difference between the value of the first signal and the value of the second signal, one of which is corrected by the coefficient;
The biological information measuring apparatus determines that the waveform pattern is appropriate when a value representing a degree of correlation between the first signal and the second signal is less than a threshold.
前記プロセッサは、前記適切と判定した波形パターンから、前記生体の吸気酸素量の変化に伴う、前記血中酸素濃度の変曲点を検出し、
前記生体の吸気酸素量が変化した時点から、前記検出された血中酸素濃度の変曲点までの時間を特定する
請求項1に記載の生体情報測定装置。
The processor detects an inflection point of the blood oxygen concentration accompanying a change in the amount of inspired oxygen of the living body from the waveform pattern determined to be appropriate,
The biological information measuring device according to claim 1, wherein the time from the time when the intake oxygen amount of the living body changes to the inflection point of the detected blood oxygen concentration is specified.
前記プロセッサは、前記相関度合いを表す値が前記閾値以上である場合に、前記波形パターンを不適切と判定し、再測定を促す警告を行う
請求項1又は請求項2に記載の生体情報測定装置。
3. The biological information measuring apparatus according to claim 1, wherein the processor determines that the waveform pattern is inappropriate and issues a warning prompting remeasurement when the value representing the degree of correlation is equal to or greater than the threshold. .
前記警告は、息を十分吐いてから息止めをして再測定するよう促すメッセージを含む
請求項3に記載の生体情報測定装置。
4. The biological information measuring device according to claim 3, wherein the warning includes a message that prompts the user to breathe out sufficiently and then hold his or her breath to perform the measurement again.
前記相関度合いを表す値は、前記生体の吸気酸素量を変化させた後の予め定めた時間における前記第1の信号及び前記第2の信号から算出される
請求項1~請求項4の何れか1項に記載の生体情報測定装置。
The value representing the degree of correlation is calculated from the first signal and the second signal at a predetermined time after the amount of inspired oxygen in the living body is changed. 2. The biological information measuring device according to item 1.
前記予め定めた時間は、前記生体の2拍以上の期間とされる
請求項5に記載の生体情報測定装置。
The biological information measuring device according to claim 5, wherein the predetermined time is a period of two or more beats of the living body.
前記係数は、前記生体の吸気酸素量を変化させる前における前記第1の信号の振幅と前記第2の信号の振幅との振幅比で表され、
前記補正は、前記係数を、前記生体の吸気酸素量を変化させた後における前記第1の信号の値又は前記第2の信号の値に乗じることで行われる
請求項1~請求項6の何れか1項に記載の生体情報測定装置。
The coefficient is represented by an amplitude ratio between the amplitude of the first signal and the amplitude of the second signal before changing the amount of inspired oxygen in the living body,
The correction is performed by multiplying the value of the first signal or the value of the second signal after changing the inspiratory oxygen amount of the living body by the coefficient. 1. The biological information measuring device according to 1.
前記プロセッサは、前記係数を、前記第1の信号の値及び前記第2の信号の値から得られる回帰直線の傾きから算出する
請求項1に記載の生体情報測定装置。
The biological information measuring device according to claim 1, wherein the processor calculates the coefficient from a slope of a regression line obtained from the value of the first signal and the value of the second signal.
前記回帰直線は、前記生体の2拍以上の期間における前記第1の信号の値及び前記第2の信号の値から得られる
請求項8に記載の生体情報測定装置。
The biological information measuring device according to claim 8, wherein the regression line is obtained from the values of the first signal and the values of the second signal in a period of two or more beats of the living body.
前記プロセッサは、前記第1の信号及び前記第2の信号の相関度合いを表す値が予め定めた値以上の場合に、前記係数を算出する
請求項8又は請求項9に記載の生体情報測定装置。
10. The biological information measuring device according to claim 8, wherein the processor calculates the coefficient when a value representing the degree of correlation between the first signal and the second signal is equal to or greater than a predetermined value. .
前記プロセッサは、前記回帰直線を収縮期と拡張期とに分け、それぞれの回帰直線の傾きの差が予め定めた範囲内にある場合に、前記係数を算出する
請求項8~請求項10の何れか1項に記載の生体情報測定装置。
11. Any one of claims 8 to 10, wherein the processor divides the regression line into systole and diastole and calculates the coefficient when a difference in slope of each regression line is within a predetermined range. 1. The biological information measuring device according to 1.
前記プロセッサは、前記生体の緊張状態を示す指標であるLF/HF比が閾値以下である場合に、前記係数を算出する
請求項8~請求項11の何れか1項に記載の生体情報測定装置。
The biological information measuring device according to any one of claims 8 to 11, wherein the processor calculates the coefficient when the LF/HF ratio, which is an index indicating the tension state of the living body, is equal to or less than a threshold. .
生体から検出される第1の波長の光の光量変化を表す第1の信号と、前記生体から検出される第2の波長の光の光量変化を表す第2の信号とを取得し、
前記第1の信号の値又は前記第2の信号の値に対して、前記生体の動脈血液量の変化に伴う、前記第1の信号の変化量と前記第2の信号の変化量との差が小さくなるように、係数を乗じることにより、前記第1の信号の値及び前記第2の信号の値のいずれか一方を補正し、
前記係数によりいずれか一方が補正された第1の信号の値と前記第2の信号の値との差として表される、前記生体における血中酸素濃度の変化を表す波形パターンを算出し、
前記第1の信号と前記第2の信号との相関度合いを表す値が閾値未満である場合に、前記波形パターンを適切と判定することを、
コンピュータに実行させるための生体情報測定プログラム。
Acquiring a first signal representing a change in the amount of light of a first wavelength detected from a living body and a second signal representing a change in the amount of light of a second wavelength detected from the living body,
A difference between the amount of change in the first signal and the amount of change in the second signal, which accompanies the change in the arterial blood volume of the living body, with respect to the value of the first signal or the value of the second signal. correcting either the value of the first signal or the value of the second signal by multiplying a coefficient such that
calculating a waveform pattern representing a change in blood oxygen concentration in the living body, which is expressed as a difference between the value of the first signal and the value of the second signal, one of which is corrected by the coefficient;
Determining that the waveform pattern is appropriate when a value representing the degree of correlation between the first signal and the second signal is less than a threshold;
A biological information measurement program to be executed by a computer.
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