JP4863793B2 - 非侵襲生体計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体を撮像して得られた生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置に関する。

撮像手段を用いて生体を撮像し、生体画像中の血管を解析することにより、血液の成分を計測する非侵襲生体計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照)。この非侵襲生体計測装置は、光源、撮像部及び表示部を備え、使用者の手首に装着される。この非侵襲生体計測装置は、光源によって、血管（静脈）を含む手首を照明し、照明された手首を撮像して得られた画像から血液成分を計測し、その計測結果を表示部に表示する。血液成分の計測の精度を上げるためには、撮像部による撮像に適した領域に、計測対象の血管を位置合わせする必要があり、撮像に際して撮像部の位置調整を行う必要がある。特許文献１には使用者が非侵襲生体計測装置の表示部に表示された生体画像を観察しながら位置調整を行うことが記載されている。

特開２００４−２４２８５９

特許文献１に記載の技術においては、散乱光の影響で、生体画像中に血管を鮮明に表示することができず、このために血管が撮像に適した領域に位置しているか否かを使用者が把握することが難しいという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、血管が撮像に適した領域に位置しているか否かを使用者が容易に把握することができる非侵襲生体計測装置を提供することを目的とする。

本発明に係る非侵襲生体計測装置は、生体を撮像して得られた撮像画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、生体を撮像する撮像部と、表示部と、撮像部により得られた撮像画像に基づいて撮像画像中の血管を示す血管パターンを生成し、この血管パターンを表示部に表示させる表示制御部とを備え、撮像部による撮像に適した領域を示す指標が、前記表示部に表示されるように構成されている。
また、本発明に係る非侵襲生体計測装置は、生体を撮像して得られた撮像画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、生体を撮像する撮像部と、表示部と、前記撮像部により得られた撮像画像に基づいて撮像画像中の血管を示す血管パターンを生成し、この血管パターンを前記表示部に表示させる表示制御部とを備え、前記撮像部による撮像に適した領域を示す指標が、前記表示部に設けられている。

本発明に係る非侵襲生体計測装置によれば、血管が撮像に適した領域に位置しているか否かを使用者が容易に把握することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る非侵襲生体計測装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、非侵襲生体計測装置１は、腕時計型の血液成分分析装置であり、装置本体３と保持具４とを備える。装置本体３は、保持具４によって人間の手首に装着される。なお、装置本体３は保持具４によって手首の周方向に位置調整可能なように装着される。装置本体３の側面には、使用者が非侵襲生体計測装置１を操作するための電源/実行キー３８とメニューキー３９とが設けられている。また、手首よりも心臓に近い使用者の腕部には、加圧帯２（カフ）が装着される。加圧帯２は、使用者の腕を所定の圧力で加圧して、手首周辺の血流を阻害し、手首の血管（静脈）を膨張させる。このように加圧帯２で手首を加圧した状態で測定を行うことにより、血管の撮像が容易になるとともに、血液分析の精度が向上する。

図２は、非侵襲生体計測装置１の構成を示す断面図である。図２に示すように、装置本体３は、外側ケース３５と、外側ケース３５の裏側に配置された裏蓋３７と、裏蓋３７の下部に取り付けられた係合部材４１とを備える。また、外側ケース３５の中央には、後述する計測ユニット５を収容するために円筒状のユニット保持部３５ａが形成されている。一方、裏蓋３７及び係合部材４１の中央には、ユニット保持部３５ａを受け入れるための空間部が形成されている。このユニット保持部３５ａの外壁の中間部からは、一対の突出部３５ｃ、３５ｄが水平方向に延びている。この突出部３５ｃと裏蓋３７との間及び突出部３５ｄと裏蓋３７との間は、それぞれ圧縮スプリング３７ａ、３７ｂによって接続される。これら圧縮スプリング３７ａ、３７ｂにより、外側ケース３５は、裏蓋３７に向かって付勢される。また、係合部材４１の側面には、凹状に窪んだ係合部が形成されており、後述する支持台４２の係合部に係合可能になっている。

保持具４は、支持台４２とリストバンド４３とで構成されている。支持台４２は上面形状が長方形であり、その中央部には、装置本体３の係合部材４１を嵌着するための円形の開口部が形成されている。この開口部の端縁には、係合部材４１が軸ＡＺの周りに回動可能に係合される係合部が設けられている。支持台４２には、伸縮自在なゴム製のリストバンド４３が取り付けられている。なお、外側ケース３５および裏蓋３７は、光を透過させない材料で構成されている。

ユニット保持部３５ａには、測定ユニット５が支持されている。測定ユニット５は、光源部５１と、撮像部５２と、制御部５３と表示部５４とで構成されており、光源部５１、撮像部５２及び表示部５４と制御部５３とは、相互に電気信号のやり取りが可能なように配線コード、フラットケーブル（図示せず）等で接続されている。

次に、光源部５１について説明する。図３は、光源部５１の構成を示す平面図である。図３に示すように、光源部５１は、円板状の保持板５１ａと、保持板５１ａに保持された８つの発光ダイオードＲ１、Ｒ２、ＳＲ１、ＳＲ２、Ｌ１、Ｌ２、ＳＬ１、ＳＬ２と２つのフォトトランジスタＲＴＲ、ＬＴＲとから構成されている。保持板５１ａの中央には、撮像部５２へ入射する光を通過させる為の円形の開口部５１ｂが設けられており、この開口部５１ｂの周囲に沿って、前述の発光ダイオード及びフォトトランジスタが配置されている。

図４は、保持板５１ａに設けられた発光ダイオードとフォトトランジスタの位置関係を示す図である。図４に示すように、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２は、開口部５１ｂの中心を通り互いに直交する第１軸ＡＹと第２軸ＡＸにそれぞれ対称に配置され、発光ダイオードＳＲ１、ＳＲ２、ＳＬ１、ＳＬ２及びフォトトランジスタＲＴＲ、ＬＴＲは、第１軸ＡＹに対称に配置される。非侵襲生体計測装置１が手首に装着された状態において、手首表面の撮像領域ＣＲは、撮像部５２により撮像され、表示部５４に表示される領域である。発光ダイオードＬ１およびＬ２側の指標線６２ａと、発光ダイオードＲ１およびＲ２側の指標線６２ｂとの間の領域６２ｃが、撮像部５２による撮像に適した領域、即ち撮像の際に血管を位置させる領域である。なお、指標線６２ａおよび６２ｂは、制御部
５３により、表示部５４に表示される。血液成分の分析を行う際には、手首の任意の血管が、領域６２ｃ内に位置するように装置本体３の装着位置を調整する。そして、血管は、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２によって、両側から近赤外光（中心波長＝８０５ｎｍ）で照明される。一方、発光ダイオードＳＲ１、ＳＲ２は、上記血管を含まない領域を照明し、この領域から反射した光は、フォトトランジスタＲＴＲで受光される。同様に、ＳＬ１、ＳＬ２は、上記血管を含まない領域を照明し、この領域から反射した光は、フォトトランジスタＬＴＲで受光される。このフォトトランジスタＲＴＲ、ＬＴＲの受光量に基づいて、制御部５３は、血管を除く組織の血液量を示す指標Ｍを算出する。この指標Ｍは、計測した血液成分（本実施例では、ヘモグロビン濃度Ｄ）の値を補正するために用
いられる。

次に、撮像部５２の構成について説明する。図２に示すように、撮像部５２は、反射光の焦点を絞るためのレンズ５２ａと、レンズ５２ａを固定する鏡筒５２ｂと、画像を撮像するＣＣＤカメラ５２ｃとで構成されており、撮像領域ＣＲの画像を撮像することが可能である。レンズ５２ａ及び鏡筒５２ｂは、内部が黒色の円筒形の遮光筒５２ｄに挿入されている。ＣＣＤカメラ５２ｃは、結像した画像を撮像し画像信号として制御部５３に送信する。

次に、制御部５３の構成について説明する。制御部５３は、ＣＣＤカメラ５２ｃの上部に設けられている。図５は、測定ユニット５の構成を示すブロック図である。図５に示すように、制御部５３は、ＣＰＵ５３ａと、メインメモリ５３ｂと、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃと、光源部入出力インタフェース５３ｄと、フレームメモリ５３ｅと、画像入力インタフェース５３ｆと、入力インタフェース５３ｇと、通信インタフェース５３ｈと、画像出力インタフェース５３iとを備えている。ＣＰＵ５３ａと、メインメモリ５３ｂ、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃ、光源部入出力インタフェース５３ｄ、フレームメモリ５３ｅ、画像入力インタフェース５３ｆ、入力インタフェース５３ｇ、通信インタフェース５３ｈ、画像出力インタフェース５３iは、相互にデータ伝送が可能である
ようにデータ伝送線を介して接続されている。この構成により、ＣＰＵ５３ａは、メインメモリ５３ｂ、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃ、フレームメモリ５３ｅに対するデータの読み出し、書込み、並びに、光源部入出力インタフェース５３ｄ、画像入力インタフェース５３ｆ、入力インタフェース５３ｇ、画像出力インタフェース５３i、通信インタフェース５３ｈに対するデータの送受信が可能となる。

ＣＰＵ５３aは、図示しないＲＯＭ及びメインメモリ５３ｂにロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、後述するようなコンピュータプログラムを当該ＣＰＵ５３aが実行することにより、本装置が非侵襲生体計測装置として機能する。

メインメモリ５３ｂは、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ等によって構成されている。メインメモリ５３ｂは、図示しないＲＯＭおよびフラッシュメモリカード５３ｊに記憶されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、これらのコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ５３aの作業領域として利用される。

フラッシュメモリカードリーダ５３ｃは、フラッシュメモリカード５３ｊに記憶されたデータの読み出しに使用される。フラッシュメモリカード５３ｊは、フラッシュメモリ（図示せず）を有しており、外部から電力を供給されなくても、データを保持することができるようになっている。また、フラッシュメモリカード５３ｊには、ＣＰＵ５３ａに実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記憶されている。
また、フラッシュメモリカード５３ｊには、例えばＴＲＯＮ仕様準拠のオペレーティングシステムがインストールされている。なお、オペレーティングシステムは、これに限定されるものではなく、例えば米マイクロソフト社が製造販売するWindows（登録商標）等のグラフィカルユーザインターフェーズ環境を提供するオペレーティングシステムであってもよい。以下の説明においては、本実施の形態に係るコンピュータプログラムは当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。

光源部入出力インタフェース５３ｄは、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェースから構成されている。光源部入出力インタフェース５３ｄは、光源部５１に設けられた８つの発光ダイオードＲ１、Ｒ２、ＳＲ１、ＳＲ２、Ｌ１、Ｌ２、ＳＬ１、ＳＬ２と２つのフォトトランジスタＲＴＲ、ＬＴＲと夫々電気信号線によって電気的に接続されており、かかる発光ダイオード及びフォトトランジスタの動作制御を行うことが可能である。また、光源部入出力インタフェース５３ｄは、フォトトランジスタＲＴＲ、ＬＴＲの検出信号を夫々受信し、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、ＳＲ１、ＳＲ２、Ｌ１、Ｌ２、ＳＬ１、ＳＬ２に制御信号を送信するようになっている。かかる光源部入出力インタフェース５３ｄは、後述するようなコンピュータプログラムに基づいて、発光ダイオード
Ｒ１、Ｒ２、ＳＲ１、ＳＲ２、Ｌ１、Ｌ２、ＳＬ１、ＳＬ２に与える電流を制御する。

フレームメモリ５３ｅは、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭ等によって夫々構成されている。フレームメモリ５３ｅは、後述する画像入力インタフェース５３ｆが画像処理を実行するときに、データの格納用に利用される。

画像入力インタフェース５３ｆは、Ａ／Ｄ変換器を含むビデオデジタイズ回路（図示せず）を備えている。画像入力インタフェース５３ｆは、ＣＣＤカメラ５２ｃに電気信号線によって電気的に接続されており、当該ＣＣＤカメラ５２ｃから、画像信号が入力されるようになっている。ＣＣＤカメラ５２ｃから入力された画像信号は、画像入力インタフェース５３ｆでＡ／Ｄ変換される。このようにデジタル変換された画像データは、フレームメモリ５３ｅに格納されるようになっている。

入力インタフェース５３ｇは、Ａ／Ｄ変換器からなるアナログインタフェースから構成されている。入力インタフェース５３ｇには、電源/実行キー３８とメニューキー３９が電気的に接続されている。この構成により、使用者は、メニューキー３９を使用することにより、装置の動作項目の選択を行い、電源/実行キー３８を使用することにより、装置の電源のＯＮ/ＯＦＦ及び選択を行った動作を装置に実行させることが可能である。

通信インタフェース５３ｈは、例えばＵＳＢ，ＩＥＥＥ１３９４，ＲＳ２３２Ｃ等のシリアルインタフェース、または、ＳＣＳＩ等のパラレルインタフェースから構成されている。制御部５３は、当該通信インタフェース５３ｈにより、所定の通信プロトコルを使用して、モバイルコンピュータ・携帯電話等の外部接続機器との間でデータの送受信が可能である。これにより、制御部５３は、かかる通信インタフェース５３ｈを介して、測定結果データを当該外部接続機器へ送信する。

画像出力インタフェース５３iは、表示部５４に電気的に接続されており、ＣＰＵ５３ａから与えられた画像データに基づいた映像信号を表示部５４に出力するようになっている。

次に、表示部５４について説明する。図２に示すように、表示部５４は、測定ユニット５の上部に設けられており、外側ケース３５に支持されている。この表示部５４は、液晶ディスプレイで構成され、画像出力インタフェース５３iから入力された映像信号に従って、画面表示を行う。この画面表示は、非侵襲生体計測装置１の状態に応じて切り替えられ、例えば、スタンバイ状態、血管位置合わせ時、測定終了状態に対応した画面が表示部５４に表示される。

図６は、非侵襲生体計測装置１がスタンバイ状態にある場合に表示される画面の一例を示す図である。図６に示すように、非侵襲生体計測装置１がスタンバイ状態にある場合には、表示部５４の画面中央には、日付・時刻が表示される。また、表示部５４の画面右下は、メニュー表示領域５４ａとなっており、電源/実行キー３８を押した場合の非侵襲生体計測装置１の動作が表示され、スタンバイ状態にある場合には「測定」と表示される。

図７は、血管位置合わせ時に表示される画面の一例を示す図である。図７に示すように、非侵襲生体計測装置１が血管位置合わせ時の場合には、撮像画像とともに、血管パターン６１と赤色で示される指標線６２ａ、６２ｂとが表示される。また、この指標線６２ａ、６２ｂの周囲には、方向を示すマーク６３、６４、６５、６６が表示される。各マークは点灯可能であり、血管パターン６１が指標線６２ａ及び指標線６２ｂとの間の領域６２ｃ内に収まるように位置していない場合には、制御部５３によって、各マークが点灯し、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置するように装置本体３を移動させる方向を使用者に指示する。

ここで、各マークの点灯による装置本体３の移動について簡単に説明する。図７において、マーク６３とマーク６４とが点灯すると、使用者は、装置本体３を図７中の右方向に移動させる必要があり、マーク６５とマーク６６とが点灯すると、使用者は、装置本体３を図７中の左方向に移動させる必要がある。また、マーク６３とマーク６５とが点灯すると、使用者は、装置本体３を時計回りに回動させる必要があり、マーク６４とマーク６６とが点灯すると、使用者は、装置本体３を反時計回りに回動させる必要がある。例えば、図７のように血管パターン６１が位置する場合、制御部５３は、マーク６３とマーク６５を点灯させ、使用者に装置本体３を時計周りに回動させるように促す。このような構成にすることにより、血管を撮像するのに適した領域に撮像部５２の位置調整を行う場合に、装置本体３をどちらに移動させればよいかを使用者が容易に把握できるので、撮像部５２の位置調整の作業が容易となる。

また、血管パターン６１が領域６２ｃ(図４)内に位置していない場合には、指標線６２ａ及び指標線６２ｂを赤色で表示し、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置する場合には、指標線６２ａ及び指標線６２ｂを青色で表示する。これにより、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置するか否かを使用者が容易に把握することができる。

このような血管位置合わせ時には、メニュー表示領域５４ａには、「続行」と表示され、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置した場合、指標線６２ａ、６２ｂとが青色で表示され、電源／実行キー３８が有効となり、使用者がこれを押すと測定が続行される。

図８は、非侵襲生体計測装置１による測定が終了した場合の画面の一例を示す図である。図８に示すように、血液成分であるヘモグロビン濃度の測定結果が「１５．６ｇ／ｄｌ」と、使用者に見やすいようにデジタル表示で表示部５４に表示される。このとき、メニュー表示領域５４ａには、「確認」と表示される。

次に、非侵襲生体計測装置１の測定動作について説明する。まず、図１に示すように、使用者の腕部に加圧帯２、手首に非侵襲生体計測装置１が装着される。このとき、使用者の腕は、加圧帯２によって所定の圧力で加圧されて、手首周辺の血流が阻害され、手首の血管が膨張する。次に、使用者が、非侵襲生体計測装置１に設けられた電源/実行キー３８を押して、非侵襲生体計測装置１の電源を入れると、装置はスタンバイ状態となり、表示部５４に図６に示すスタンバイ状態の画面が表示される。

図９は、非侵襲生体計測装置１による測定動作を示すフローチャートである。スタンバイ状態の画面が表示部５４に表示されているときに、使用者によって電源/実行キー３８が押されると、図７に示す画面が表示部５４に表示される。このとき、ＣＰＵ５３ａは、光源部５１に設けられた発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２を夫々所定の光量で点灯させ、撮像領域ＣＲ（図４）を照明し、照明された撮像領域ＣＲを撮像する（ステップＳ１）。

図１０は、撮像領域ＣＲを含む長方形の領域を０≦ｘ≦６４０、０≦ｙ≦４８０の範囲でｘ、ｙの２次元の座標に座標分割した図である。ＣＰＵ５３ａは、図１０に示すように、撮像領域ＣＲの画像を含む長方形の領域Ａの最も左上の画素の座標を（０、０）として、領域Ａをｘ、ｙの２次元の座標に座標分割し、座標分割した点の中から（２４０、６０）、（４００、６０）、（２４０、４２０）、（４００、４２０）の４点を選択し、この４点で囲んだ領域Ｂの平均輝度を求める（ステップＳ２）。なお、この平均輝度を求める領域Ｂの点は、これに限定されることはなく、他の座標でもよいことは言うまでもない。
また、領域Ｂは、四角形以外の多角形、または円でもよい。次に、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの輝度が目標範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３）。領域Ｂの輝度が目標範囲外である場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ４）、処理をステップＳ１に戻す。領域Ｂの輝度が目標範囲内であった場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、座標分割した領域Ａのｙ座標の値が４０であるｘ座標の端から端までの画素の輝度を求める。これにより、図１１に示されるように、所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）が求められる。さらに、ＣＰＵ５３ａは、ｙ軸方向に２０画素分ずらし、ｙ座標の値が６０である座標群のｘ座標の端から端までの画素の輝度を求める。ＣＰＵ５３ａは、前記操作をｙ座標の値が４４０となるまで繰り返し、各ｙ座標値における輝度プロファイルを求める。ＣＰＵ５３ａは、抽出された輝度プロファイルの中で、最も輝度が低い点（以下輝度最下点とする）を抽出し、フレームメモリ５３ｅに記憶する。図１２は、血管の位置を求める方法を示す説明図である。すなわち、図１２に示すように、ＣＰＵ５３ａは、撮像領域ＣＲの画像の中心付近の輝度最下点を(ａ１，ｂ１)と、この輝度最下点(ａ１，ｂ１)の縦方向に隣合った輝度最下点(ａ２，ｂ２)及び（ａ３，ｂ３）をそれぞれ連結する。次に、ＣＰＵ５３ａは、輝度最下点(ａ２，ｂ２)と縦方向に隣合った点とを連結し、輝度最下点（ａ３，ｂ３）と縦方向に隣合った点とを連結する。ＣＰＵ５３ａは、当該動作を画像の全領域において繰り返し、血管を線分列として抽出し、血管パターン６１を形成する（ステップＳ５）。ＣＰＵ５３ａは、図７に示すように、撮像した撮像領域ＣＲの画像を表示部５４に表示し、さらに、ステップＳ５によって形成された血管パターン６１と、フラッシュメモリカード５３jに記憶された指標線６２ａ及び指標線６２ｂ（図４）と、マーク６３、６４、６５及び６６とを表示する（ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ５３ａは、血管パターン６１が領域６２ｃ(図４)に位置しているか否かを判定する（ステップＳ７）。血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置していない場合には（ステップＳ７でＮｏ）、ＣＰＵ５３ａは、マーク６３、６４、６５、６６を夫々点灯させることにより、使用者が装置本体３を動かすべき方向を指示し（ステップＳ８）、処理をステップＳ１に戻す。

血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置する場合は（ステップＳ７でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８を有効化して、測定を続行可能とする。このとき、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８が有効化したこと音を鳴らして使用者に知らせる（ステップＳ９）。次に、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８のからの入力を待機する（ステップＳ１０）。使用者により、電源／実行キー３８が押され、測定続行が指示されると（ステップＳ１０でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、ヘモグロビンの濃度測定を行い（ステップＳ１１）、測定結果を図８に示すように表示部５４に表示する（ステップＳ１２）。

図１３は、図９に示すフローチャートのステップＳ１１で実行されるヘモグロビン濃度の計測処理の詳細を示すフローチャートである。図１３に示すように、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＲ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２によって撮像領域ＣＲ（図４）を照明し、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１０１）。次に、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ３と同様に、図１０に示される領域Ｂの平均輝度を求め、求めた領域Ｂの平均輝度が１５０を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。輝度が１５０を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ１０３）、処理をステップＳ１０１に戻す。

なお、ここでいう輝度の値は、本実施例においては、使用されている画像入力インタフェース５３ｆが有する８ビットのＡ／Ｄ変換器のデジタル変換値（０〜２５５まで変化する）のことである。これは、画像の輝度とＣＣＤカメラ５２ｃから入力された画像信号の大きさとは、比例関係にあるため、画像信号のＡ/Ｄ変換値（０〜２５５）を輝度の値としたためである。

領域Ｂの平均輝度が１５０を満たす場合は（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａが、撮像領域ＣＲ（図４）中の軸ＡＸに対する輝度プロファイル（位置Ｘに対する輝度Ｂの分布）ＰＦ(図１１)を作成し、高速フーリエ変換などの手法を用いてノイズ成分を減少させる。さらに、ＣＰＵ５３ａは、この輝度プロファイルＰＦをベースラインＢＬで規格化する。当該ベースラインＢＬは、血管による吸収部分の輝度プロファイルの形状を基に求める。このようにすることにより、入射光量に依存しない濃度プロファイル（位置Ｘに対する濃度Ｄの分布）ＮＰを得ることができる（ステップＳ１０４）。図１４は、位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図であり、図に示すような濃度プロファイルＮＰが形成される。次に、ＣＰＵ５３ａは、形成された濃度プロファイルＮＰに基づいて、ピーク高さｈ及び半値幅ｗを算出する。ここで得たｈは計測対象の血管（血液）により吸収された光強度と組織部分を通過してきた光強度の比を表し、ｗは血管径に相当する長さを表す。さらに、ＣＰＵ５３ａは、次の算出式（１）からなる無修正ヘモグロビン濃度Ｄを算出し、結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する。（ステップＳ１０５）。
Ｄ＝ｈ／ｗｎ……（１）
ただし、ｎは、散乱による半値幅の広がりの非線形を表す定数である。光散乱のない場合は、ｎ＝１、散乱のある場合はｎ＞１である。

次に、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＲ１，Ｒ２によって、ステップＳ１０１で撮像した部位と同じ部位を適切な光量で照明し（ステップＳ１０６）、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１０７）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの平均輝度が１００を超えているか否かを判定し（ステップＳ１０８）、輝度が１００を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ１０９）、処理をステップＳ１０７に戻す。

領域Ｂの平均輝度が１００を満たす場合は（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１０７によって得られた画像についてステップＳ１０４と同様の処理を行い、後述する輝度プロファイルＰＦ１及び入射光量に依存しない濃度プロファイルＮＰ１を得る（ステップＳ１１０）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＬ１，Ｌ２によって、ステップＳ１０１で撮像した部位と同じ部位を適切な光量で照明し（ステップＳ１１１）、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１１２）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの平均輝度が１００を超えているか否かを判定し（ステップＳ１１３）、輝度が１００を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＬ１、Ｌ２に流れる電流量を増加させ、これらの光量調整を行い（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１２に処理を戻す。

領域Ｂの平均輝度が１００を満たす場合は（ステップＳ１１３でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａはステップＳ１１２によって得られた画像についてステップＳ１０４と同様の処理を行い、輝度プロファイルＰＦ２及び入射光量に依存しない濃度プロファイルＮＰ２を得る（ステップＳ１１５）。

図１５は、位置Ｘに対する輝度Ｂの分布を示す図であり、図に示すように、ステップＳ１１０により輝度プロファイルＰＦ１、ステップＳ１１５により輝度プロファイルＰＦ２が形成される。図１６は、位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図であり、図に示すように、ステップＳ１１０により濃度プロファイルＮＰ１、ステップＳ１１５により濃度プロファイルＮＰ２が形成される。

ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１０により得られた濃度プロファイルＮＰ１からピーク高さｈ１及び重心座標ｃｇ１と、ステップＳ１１５により得られた濃度プロファイルＮＰ２からピーク高さｈ２及び重心座標ｇｃ２とをそれぞれ導出し、これらを用いて、次の算出式（２）からなる血管深さ指標Ｓを算出する。さらに、ＣＰＵ５３ａは、この算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１１６）。
Ｓ＝（ｃｇ２−ｃｇ１）／｛（ｈ１＋ｈ２）／２｝……（２）
次に、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＳＬ１によって撮像領域ＣＲの近傍の生体部分を適切な光量で照明する。この生体部分から反射した光は、フォトセンサＬＴＲにより受光され、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、この光量ｖ１を測定し、測定結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１１７）。

また、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＳＬ２によって撮像領域ＣＲの近傍の生体部分を適切な光量で照明する。この生体部分から反射した光は、フォトセンサＬＴＲにより受光され、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、この光量ｖ２を測定し、測定結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１１８）。

また、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＳＲ１によって撮像領域ＣＲの近傍の生体部分を適切な光量で照明する。この生体部分から反射した光は、フォトセンサＲＴＲにより受光され、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、この光量ｖ３を測定し、測定結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１１９）。

また、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＳＲ２によって撮像領域ＣＲの近傍の生体部分を適切な光量で照明する。この生体部分から反射した光は、フォトセンサＲＴＲにより受光され、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、この光量ｖ４を測定し、測定結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１２０）。

かかるステップＳ１１７、ステップＳ１１８、ステップＳ１１９及びステップＳ１２０で得られた結果を用いて、次の算出式（３）からなる組織血液量指標Ｍを算出する（ステップＳ１２１）。
Ｍ＝｛ｌｏｇ（ｖ１／ｖ２）＋ｌｏｇ(ｖ３／ｖ４）｝／２……（３）
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１６で算出した血管深さ指標Ｓに基づいて補正計数ｆｓ、ステップＳ１２１で算出した組織血液量指標Ｍに基づいて補正係数ｆｍを導出し、これらを用いて、次の算出式（４）からなる補正ヘモグロビン濃度Ｄoを算出する（ステップＳ１２２）。
Ｄo＝Ｄ×ｆｓ×ｆｍ……（４）
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１２２での算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶し（ステップＳ１２３）、主ルーチンに戻る。

図１７は、複数の被検者のヘモグロビン濃度について、血球計数装置などから得られた実測値と本発明の実施の形態にかかる非侵襲生体計測装置１による算出値とをプロットしたグラフである。図１７に示すように、実測値と非侵襲生体計測装置１からの算出値とが傾き１の直線に近傍に存在しており、実測値と算出値とが乖離していないので、非侵襲生体計測装置１がヘモグロビン濃度を高精度で計測できていることが分かる。
（実施の形態２）
図１８は、本発明の実施の形態２に係る非侵襲生体計測装置１の構成を示す断面図である。この非侵襲生体計測装置１は、後述するように係合部材４１と裏蓋３７とが着脱可能に取り付けられる他は、実施の形態１に係る非侵襲生体分析装置１の構成と略同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。図１８に示すように、裏蓋３７には、係合部材４１を嵌着するための開口部３７ｃが設けられている。また、係合部材４１には、この開口部３７ｃに嵌合させるための爪４１ａが突設されている。この開口部３７ｃと爪４１ａとが嵌合することにより、裏蓋３７と係合部材４１とが着脱可能に取り付けられる。この構成により、使用者は、装置本体３を係合部材４１から取り外すことが可能となる。

装置本体３を取り外した後の係合部材４１には、撮像部５２が血管を撮像するのに適した位置に装置本体３を位置調整するための位置調整用カバー１００が取り付けられる。図１９は、位置調整用カバー１００ならびに保持具４の断面図であり、図２０は、位置調整用カバー１００の上面図である。図１９に示すように、位置調整用カバー１００は、係合部材４１の空間部に挿入可能なように、円筒状に形成される。その一端は、開放されており、開放端の外周部に沿って鍔部１００ａが設けられている。この鍔部１００ａには、係合部材４１を嵌着するための開口部１００ｅからなる係合部が、係合部材４１の形状に沿って形成されている。この開口部１００ｅと爪４１ａとが嵌合することにより、位置調整用カバー１００が係合部材４１に装着されることが可能となる。この係合部材４１は、実施の形態１で述べたように、支持台４２に回動可能なように係合されているため、位置調整用カバー１００は、支持台４２によって回動可能に保持される。また、図２０に示すように、位置調整用カバー１００の中心の底部には、係合部材４１の穴径とほぼ同じ大きさを外側の縁とする複数個のスリット穴１００ｂが環状をなすように形成される。かかるスリット穴１００ｂの内側部分には、開口部１００ｃが設けられており、その縁部には、一対の溝１００ｄが形成される。この一対の溝１００ｄは、装置本体３を取り付けた際の指標線６２ａと指標線６２ｂとの間の領域６２ｃに含まれている。これにより、使用者は、手首に浮き出た血管を観察しながら、２つの溝１００ｄの窪みと計測対象とする血管とが概ね直線上に位置するように、位置調整用カバー１００を回動させて、係合部材４１及び支持台４２の位置調整を行う。この位置調整が終了した後、再び係合部材４１に装置本体３を取り付け、撮像部５２が血管を撮像するのに適した位置に位置調整を行う。

次に、非侵襲分析装置１の測定動作について説明する。使用者は、位置調整用カバー１００を取り付けた保持具４を手首に装着し、加圧帯２を手首よりも心臓に近い使用者の腕部に装着する。使用者は、加圧帯２を用いて腕を所定の圧力で加圧し、手首の血管を膨張させる。使用者は、加圧され手首に浮き出た血管を観察しながら、２つの溝１００ｄの窪みと計測対象とする血管とが直線上に位置するように位置調整用カバー１００を回動させて、位置調整を行う。その後、位置調整用カバー１００を取り外し、図１８に示すように、装置本体３を係合部材４１に取り付ける。これ以降の測定動作は、実施の形態１で説明したものと同様であるのでその説明を省略する。

このようにすることにより、目視によって、撮像部５２が血管を撮像するのに適した位置に位置調整を概ね行うことが出来るので、実施の形態１のように、表示部５４に表示される画像、血管パターン６１、指標線６２ａおよび指標線６２ｂを観察するのみで、装置本体３を位置調整するのに比べ、わずかな移動で撮像部５２の位置調整を完了することが可能となり、さらに調整時間を短縮することが可能となる。

なお、血管が撮像部５２によって撮像されるのに適した領域内に位置しているか否かを通知する構成として、実施の形態１、２にかかる非侵襲生体計測装置１においては、指標線６２ａおよび指標線６２ｂの表示色を変化させることによって使用者に通知する構成を述べた。しかし、このような通知手段は、これに限定されるものではなく、例えば、血管が撮像部５２によって撮像されるのに適した領域内に位置した場合に、音で使用者に知らせたり、使用者へ通知するためのＬＥＤを設けて、当該ＬＥＤが点灯するか否かで使用者に知らせる構成としてもよい。

また、実施の形態１、２にかかる非侵襲生体計測装置１においては、表示部５４に撮像画像と共に血管パターン６１と指標線６２ａおよび指標線６２ｂとを表示する構成について述べたがこれに限定されるものではなく、撮像画像は表示せずに血管パターン６１と指標線６２ａおよび指標線６２ｂを表示部５４に表示する構成としてもよい。

また、実施形態２にかかる非侵襲生体計測装置１において、装置本体３を取り外した後の係合部材４１に位置調整カバー１００が取り付け可能な構成について述べたがこれに限定されるものでなく、撮像部５２が血管を撮像するのに適した位置に装置本体３を位置調整するための位置調整部材と係合部材４１とを一体化した構成にしても良い。

上記実施形態２の変形例を図２１と図２２を用いて説明する。図２１は、非侵襲生体分析装置１の装置本体３を取り外した保持具４の断面図を示したものである。保持具４には装置本体を取り付けるための係合部材４１と、係合部材４１を回転可能に支持する支持台４２とから構成されている。係合部材４１の底面には、撮像部５２が血管を撮像するのに適した位置に装置本体３を位置調整するための位置調整部材２００が備えられている。位置調整部材２００には開口２００が設けられている。

図２２は、保持具４の上面図である。位置調整部材２００には、血管を撮像するのに適した位置を示すマーク２００ａと２００ｂが設けられている。使用者は、開口２０１を介して手首に浮き出た血管を観察しながら、マーク２００ａ、ｂと計測対象とする血管とが概ね直線上に位置するように、位置調整部材２００が備えられている係合部材４１を支持台４２に対して回動させる。位置調整後、保持具４に装置本体３を取り付けて、測定を行う。なお、位置調整部材２００には、開口２０１が設けられていたが、位置調整部材２００を透明な部材により構成することにより、透明な部材を介して手首に浮き出た血管を観察しながら、マーク２００ａ、ｂと計測対象とする血管とが概ね直線上に位置するように位置調整できるので、開口２０１を設けなくても良い。

また、実施形態１にかかる非侵襲生体計測装置１において、表示部５４に指標線６２ａ、６２ｂを表示部５４に表示するような構成について述べたがこれに限定されるものでなく、表示部５４の表面に指標線６２ａ、６２ｂを貼付するなどして表示部５４に指標線６２ａ、６２ｂを備える構成にしても良い。

また、実施形態２にかかる非侵襲生体計測装置１において、装置本体３を保持具４に着脱可能な構成について述べたがこれに限定されるものでなく、装置本体３の片側と保持具４の係合部材４１の片側とを支持部材３０１で支持し、装置本体３を保持具４に対して開閉可能な構成にしても良い（図２３）。さらに、図２１と図２２の位置調整部材２００を採用することにより、使用者は、装置本体３を取り外すことなく、装置本体３が開かれた状態で位置調整部材２００の開口２０１を介して手首に浮き出た血管の位置調整を行い、その後、装置本体３が閉じられた状態で表示部５４に表示された血管パターンを観察しながら、血管の位置調整を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る非侵襲生体計測装置１の概略構成を示す図である。 非侵襲生体計測装置１の構成を示す断面図である。 光源部５１の構成を示す平面図である。 保持板５１ａに設けられた発光ダイオードとフォトトランジスタの位置関係を示す図である。 測定ユニット５の構成を示すブロック図である。 非侵襲生体計測装置１がスタンバイ状態にある場合の画面の一例を示す図である。 非侵襲生体計測装置１が血管位置合わせ時に表示される画面の一例を示す図である。 非侵襲生体計測装置１による測定が終了した場合の画面の一例を示す図である。 非侵襲生体計測装置１による測定動作を示すフローチャートである。 撮像領域ＣＲを含む長方形の領域を０≦ｘ≦６４０、０≦ｙ≦４８０の範囲でｘ、ｙの２次元の座標に座標分割した図である。 所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）の一例を示す図である。 血管の位置を求める方法を示す説明図である。 図９に示すフローチャートのステップＳ１１で実行されるヘモグロビン濃度の計測処理の詳細を示すフローチャートである。 位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図である。 位置Ｘに対する輝度Ｂの分布を示す図である。 位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図である。 複数の被検者のヘモグロビン濃度について、血球計数装置などから得られた実測値と本発明の実施の形態にかかる非侵襲生体計測装置１による算出値とをプロットしたグラフである。 本発明の実施の形態２に係る非侵襲生体計測装置１の構成を示す断面図である。 位置調整用カバー１００ならびに保持具４の断面図である。 位置調整用カバー１００の上面図である。 保持具４の断面図である。 保持具４の上面図である。 本発明の実施形態２の変形例に係る侵襲生体計測装置１の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 非侵襲生体計測装置
２ 加圧帯
３ 装置本体
３５ 外側ケース
３５ａ ユニット保持部
３５ｃ、３５ｄ 突出部
３７ 裏蓋
３７ａ、３７ｂ 圧縮スプリング
３７ｃ 開口部
３８ 電源/実行キー
３９ メニューキー
４ 保持具
４１ 係合部材
４１ａ 爪
４２ 支持台
４３ リストバンド
５ 測定ユニット
５１ 光源部
５１ａ 保持板
５１ｂ 開口部
ＡＺ 軸
ＡＹ 第１軸
ＡＸ 第２軸
５２ 撮像部
５２ａ レンズ
５２ｂ 鏡筒
５２ｃ ＣＣＤカメラ
５２ｄ 遮光筒
５３ 制御部
５３ａ ＣＰＵ
５３ｂ メインメモリ
５３ｃ フラッシュメモリカードリーダ
５３ｄ 光源部入出力インタフェース
５３ｅ フレームメモリ
５３ｆ 画像入力インタフェース
５３ｇ 入力インタフェース
５３ｈ 通信インタフェース
５３ｉ 画像出力インタフェース
５３ｊ フラッシュメモリカード
５４ 表示部
５４ａ メニュー表示領域
６１ 血管パターン
６２ａ,６２ｂ 指標線
６３ｃ 領域
６３、６４、６５、６６ マーク
Ｒ１、Ｒ２、ＳＲ１、ＳＲ２、Ｌ１、Ｌ２、ＳＬ１、ＳＬ２ 発光ダイオード
ＲＴＲ ＬＴＲ フォトトランジスタ
ＣＲ 撮像領域
１００ 位置調整用カバー
１００ａ 鍔部
１００ｂ スリット穴
１００ｃ、１００ｅ 開口部
１００ｄ 溝
Ａ、Ｂ 領域

Claims (7)

1. 生体を撮像して得られた撮像画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
   生体を撮像する撮像部と、
   表示部と、
   前記撮像部により得られた撮像画像に基づいて撮像画像中の血管を示す血管パターンを生成し、この血管パターンを前記表示部に表示させる表示制御部とを備え、
   前記撮像部による撮像に適した領域を示す指標が、前記表示部に表示されるように構成されている非侵襲生体計測装置。
2. さらに、前記血管パターンが撮像に適した領域内に位置しているか否かを判定する判定部を備える請求項１記載の非侵襲生体計測装置。
3. さらに、測定を開始するための実行キーを備え、前記血管パターンが撮像に適した領域内に位置していると判定された場合、実行キーを有効にするように構成されている請求項２記載の非侵襲生体計測装置。
4. 前記表示制御部は、前記撮像画像および前記血管パターンを前記表示部に表示させる請求項１記載の非侵襲生体計測装置。
5. 前記表示制御部は、前記血管パターンが前記領域内に位置していない場合、測定対象の血管が前記領域内に位置するように装置を移動させる方向を前記表示部に表示させる請求項１記載の非侵襲生体計測装置。
6. 前記表示部および前記表示制御部を含む装置本体を搭載する搭載部と、前記搭載部を保持するとともに前記生体に装着可能な装着部とを備え、前記装着部は、前記搭載部を前記装着部に対して移動可能に保持する請求項１記載の非侵襲生体計測装置。
7. 生体を撮像して得られた撮像画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
   生体を撮像する撮像部と、
   表示部と、
   前記撮像部により得られた撮像画像に基づいて撮像画像中の血管を示す血管パターンを生成し、この血管パターンを前記表示部に表示させる表示制御部とを備え、
   前記撮像部による撮像に適した領域を示す指標が、前記表示部に設けられている非侵襲生体計測装置。

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