JP6027339B2 - 検体情報処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、検体情報を検出して、この検体情報について処理を行う検体情報処理装置に関する。
比較的太い血管が中に通っている腕や、毛細血管が網のように張り巡らされた指先などに対して、それらが持つ脈動性の信号を検出するセンサにおいて、閉じた空間を持つ構造をもつもので、片側が腕の皮膚や指先の皮膚の部分に、血管の流れを妨げないごく弱いレベルで圧力をかけ、反対側にコンデンサマイクなどの圧力センサを配置し、血管を通じて伝わってくる心臓の脈動に起因する脈波を、閉じた空間内の圧力変化として良好なＳ／Ｎ比で検出することを特徴とする圧力センサ装置が知られている。
特許文献１（特開昭６３−０１５４１５３）では、被検出体への当接部分に当該検出体により形成される開口部を有する有限容積キャビティと、上記キャビティ内に設置された無指向性マイクロホンとから成り、被検出体の膨張変化あるいは収縮変化を上記キャビティ内の圧力変化として上記無指向性マイクロホンにて検出するセンサが開示されている。
特許文献２（特開２０１０−１１５４３１）では、空洞を有する筐体を装着部材により皮膚表面に装着され、装着面の一部にある開口部が皮膚により密閉され、体内音による皮膚表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロホンにより取得できる体内音取得装置について開示されている。
特許文献３（特開２００６−５５５０１）では、発光素子と受光素子とからなる光学式反射型センサを脈波センサとして用いて検出対象者の脈波を検出し、その検出した脈波信号を信号処理して胸腔内圧を検出することにより、呼吸の深さを検出することが開示されている。
対象となる物質の固有の吸収波長を含む光を試料表面に断続的に照射することで、試料中の対象物質が光を吸収して熱を放出する。断続的に生成された熱のエネルギーにより、試料において生じる圧力変動（音響波）をマイクロフォンや圧電素子により検出する、光音響法が知られている。
また、光音響法を利用して、検体、特に人体組織において、非侵襲的に血液中のグルコース濃度（血糖）の測定が行われている。
また、光音響法を利用して、検体、特に人体組織において、非侵襲的に血液中のグルコース濃度（血糖）の測定が行われている。
上記特許文献１の場合、圧力センサの開口部は指を挿入できる程度の大きさであり、検体の特定部位の血管の振動を、指向性よく検出することが困難であるという課題がある。
上記特許文献２の場合、体内音取得装置は開口部の穴の径が１ｍｍ又は３ｍｍであり、細い血管の振動をその真上にマイクがなくても測定できるような工夫がなされていない。
上記特許文献３の場合、脈波信号から検出信号の包絡線を求めることで呼吸信号を生成しており、この方法で得られる呼吸信号のＳ／Ｎ比では、脈波を変調している呼吸信号を正確に反映したものが得られなかった。
上記特許文献２の場合、体内音取得装置は開口部の穴の径が１ｍｍ又は３ｍｍであり、細い血管の振動をその真上にマイクがなくても測定できるような工夫がなされていない。
上記特許文献３の場合、脈波信号から検出信号の包絡線を求めることで呼吸信号を生成しており、この方法で得られる呼吸信号のＳ／Ｎ比では、脈波を変調している呼吸信号を正確に反映したものが得られなかった。
また、ＥＣＭ（エレクトレットコンデンサマイクロホン、以下ＥＣＭともいう）は風除け等の理由から低周波領域の信号の感度が低いように設計されているが、上記文献のいずれもＥＣＭのこの特性については触れていない。
また、従来の光音響法では、検体の血管の脈動性信号の測定と関連付けた測定は行われていなかった。
また、従来の光音響法では、検体の血管の脈動性信号の測定と関連付けた測定は行われていなかった。
本発明は、このような課題に鑑みて創案されたものであり、センサと血管の位置関係の正確さを要求せず、かつセンシングに指向性を有し、血管の脈動性信号の検出と、この脈動性信号からの外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号の検出とに適用可能な検体情報処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の検体情報処理装置は、内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に３ｍｍから１０ｍｍの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第１センサとを有する検体情報検出ユニットと、該検体情報検出ユニットの第１センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す信号補正部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴としている。
本発明の別の要旨は、内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に３ｍｍから１０ｍｍの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第１センサとを有する検体情報検出ユニットと、該検体情報検出ユニットの第１センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置に存する。
本発明の別の要旨は、内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に３ｍｍから１０ｍｍの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第１センサとを有する検体情報検出ユニットと、該検体情報検出ユニットの第１センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す信号補正部と、該脈動性信号に周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置に存する。
ここで、本発明の検体情報処理装置は、該周波数復調処理が、位相同期回路を利用する周波数復調処理であってもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号補正部が、該周波数補正処理によって、該脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行ない、該積分動作を行うことで該脈動性容積信号を得て、該増幅動作を行うことで該脈動性速度信号を得て、該微分動作を行うことで該脈動性加速度信号を得るように構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号補正部が、該周波数補正処理によって、該脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行ない、該積分動作を行うことで該脈動性容積信号を得て、該増幅動作を行うことで該脈動性速度信号を得て、該微分動作を行うことで該脈動性加速度信号を得るように構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該外部刺激供給源が、パルス状に該外部刺激信号を発し、該信号分離部が、該外部刺激信号が発せられたタイミングの該脈動性信号を取得して、該脈動性信号出力の脈波波形において、脈波のピーク位置を避けた位置の該脈動性信号から該外部圧力信号を分離してもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該第１センサが複数個それぞれ、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる異なった複数の部位に設けられてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号処理部が、上記の複数個の第１センサからの該脈動性信号出力を加算した信号に基づいて、上記の分離処理、補正処理、及び抽出処理を施してもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該外部刺激供給源が、上記の筐体部における開口部に対向して設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体に該外部刺激信号としての光信号を供給する光源として構成され、該第１センサが、該筐体部における該光源の配設位置から偏移した部位に、該脈動性信号に起因する音圧情報を検出するコンデンサマイクとして構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該コンデンサマイクが、ＭＥＭＳ型ＥＣＭで構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該コンデンサマイクが、ＭＥＭＳ型ＥＣＭで構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該筐体部に、該脈動性信号以外の信号を検出する第２センサが設けられてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該第２センサが該筐体部内の温度情報を検出する温度センサとして構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号処理部が、該第２センサからの出力を処理を行なう際の補正情報として使用してもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該第２センサが該筐体部内の温度情報を検出する温度センサとして構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号処理部が、該第２センサからの出力を処理を行なう際の補正情報として使用してもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該検体情報検出ユニットの移動に伴って変化する該第１センサからの出力レベルを検出するレベル検出部と、該レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するレベル表示部とをそなえ、該レベル表示部が該検体情報検出ユニットに設けられていることを特徴としている。
また、本発明の検体情報処理装置は、該外部圧力信号から、該血管の血液成分を解析する信号解析部を有することを特徴としている。
また、本発明の検体情報処理装置は、該外部圧力信号から、該血管の血液成分を解析する信号解析部を有することを特徴としている。
本発明によれば、脈動性信号を検出するとともに、脈動性信号から外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する検体情報処理装置を提供することができる。また、本発明によれば、センサと血管の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持ち、血管の脈動性信号の検出を行う検体情報処理装置を提供することができる。また、本発明の検体情報処理装置は、圧力センサーとしてのセンシング範囲が狭く限定されており、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つことができる。また、本発明では、検体情報処理装置の指向性を利用して、血管から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
〔Ａ１．本発明の第一実施形態の説明〕
［１．検体情報処理装置］
［１−１．検体情報処理装置の構成例］
＜検体情報処理装置の構成＞
〔Ａ１．本発明の第一実施形態の説明〕
［１．検体情報処理装置］
［１−１．検体情報処理装置の構成例］
＜検体情報処理装置の構成＞
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１（以下、本装置ともいう）は一例として、図１に示すように、検体情報検出ユニット１１と信号処理部６１とをそなえて構成されている。
検体情報検出ユニット１１は、外部刺激供給源３１から供給される外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号を検出して、信号処理部６１に脈動性信号を出力するものであって、筐体部２１と、外部刺激供給源３１と、第１センサ４１とを有する。
筐体部２１は、検体情報処理装置１を検体９１に装着する際に検体９１の皮膚９２とゴム製のＯ−リング２４を介して接触する部分であって、筐体部２１の筐体２５の内部に空洞（Ｃａｂｉｔｙ；キャビティ）２３を有するとともに、検体９１に対向する部位に開口部２２を有しており、開口部２２を検体９１の皮膚９２に装着された状態で空洞２３が閉鎖された空間構造を有する。このように空洞２３が形成する閉鎖された空間構造を、「Ｃｌｏｓｅｄ Ｃａｖｉｔｙ；クローズドキャビティ」ということもある。また、筐体部２１の筐体２５には連通路２６が設けてあり、外部刺激供給源３１からの外部刺激信号は、連通路２６を介して空洞２３及び開口部２２を通過し、検体９１の血管９３に向けて供給されるようになっている。なお、筺体部２１の筺体２５は、例えば、内部に空洞を有する円柱や角柱（例えば、直角柱）の形状のものが使用される。
外部刺激供給源３１は、筐体部２１に設けられ、筐体部２１の空洞２３内を通って筐体部２１の開口部２２を通じ、検体９１の血管９３へ向けて外部刺激信号を供給する。外部刺激供給源３１は、信号処理部６１からの信号を受けて、外部刺激信号を発するよう構成されている。
外部刺激供給源３１は、断続的な光信号を供給する光源であることが好ましく、例えばレーザーダイオードやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）を用いることが出来る。外部刺激供給源３１がレーザーダイオードである場合、パルス発振源としてパルス光を発振するよう構成されていることが好ましい。
外部刺激供給源３１は、主として赤外領域の光を照射する光源が用いられるが、検体９１に含まれる分析の対象となる物質が吸収する光の波長を発する光源を選択することが好ましく、例えば血管９３中のグルコース濃度の測定を行うのであれば、グルコース分子のＣ−Ｈ基やＯ−Ｈ基の吸収波長に極大を有する光信号を供給する光源を用いることが好ましい。
外部刺激供給源３１は、検体９１の皮膚９２の直下にある血管９３に外部刺激信号を効果的に作用させるために、筐体部２１における開口部２２に対向して設けられていることが好ましい。筺体部２１の筺体２５が円柱の形状の場合には、筺体２５の一方の端面に外部刺激供給源３１を設け、筺体２５の他方の端面に開口部２２を有して検体９１と接触させることが好ましい。筺体部２１の筺体２５が直角柱の形状の場合には、筺体２５の一方の端面に外部刺激供給源３１を設け、筺体２５の他方の端面に開口部２２を有して検体９１と接触させることが好ましい。また、外部刺激供給源３１は、外部刺激供給源３１からの外部刺激信号の供給方向と筺体部２１の中心軸とが一致するように設けられることが好ましい。
第１センサ４１は、外部刺激供給源３１からの外部刺激信号の影響を受けた上記検体９１における血管９３の脈動性信号を、脈動性信号に起因し空洞２３内を伝播する圧力情報として検出するものである。第１センサ４１のセンサ筐体４５には、圧力情報の取込部４２が設けられており、筐体部２１の空洞２３と、第１センサ４１の圧力情報の取込部４２と、センサ筐体４５の内部の空間である空気室４４とは連通している。空気室４４に、センサ素子４３が設けられている。
第１センサ４１は、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
第１センサ４１は、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
第１センサ４１は、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位であれば自由に設けることができる。例えば、図１に示すように、筐体部２１の筐体２５に第１センサ４１を貫通させるようにして設け、第１センサ４１の一部と第１センサ４１の圧力情報の取込部４２とを筐体部２１の内部に露出させ、第１センサ４１の他方を筐体部２１の外部に露出させるようにしてもよい。また、筐体部２１の筐体２５の内部に第１センサ４１を貼り付けるようにして密着させて設けても良い。また、筐体部２１の筐体２５の壁面外部に第１センサ４１を密着させて設け、筐体部２１の筐体２５の壁面に空けられた穴を通じて、筐体部２１の空洞２３と第１センサ４１の圧力情報の取込部４２とを連通するようにしてもよい。
信号処理部６１は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力について、信号処理を施すものであって、信号分離部７１と、信号補正部７２とを有している。
信号分離部７１は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力について外部圧力信号分離処理を施すことにより、外部刺激信号に応じて発声する外部信号に起因する圧力信号（以下、「外部圧力信号」ともいう）を、分離するものである。すなわち、信号分離部７１は、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を分離することで取得するものである。
信号補正部７２は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すものである。
検体情報処理装置１は、外部のコンピュータ８１、及び波形表示器８２に有線又は無線の回線を介して接続されている。
コンピュータ８１は、信号処理部６１によって処理された信号が入力されて、信号の処理又は保存を行うものである。コンピュータ８１は、信号分離部７１によって分離された外部圧力信号を利用して、血管９３の血液成分を解析することができる。また、コンピュータ８１は、信号補正部７２によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号又は脈動性加速度信号を利用して、各信号の波形から検体９１の健康状態の診断を行うことが出来る。
波形表示器８２は、信号処理部６１から出力された信号が入力されて、信号波形の表示を行うものである。信号処理部６１の信号分離部７１から外部圧力信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は外部圧力信号の波形を表示する。信号処理部６１の信号補正部７２から脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号の波形を表示する。波形表示器８２としては、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ、プリンタ、又はペンレコーダを用いることができる。
本発明の第一実施形態にかかる本検体情報処理装置１は、上述のように構成されており、検体９１に筐体部２１の開口部２２を密着させることで空洞２３が閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）を形成する。この状態で、外部刺激供給源３１により検体９１の血管９３へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１が外部刺激信号の影響を受けた検体９１における検体情報処理装置１の装着部位付近に存在する血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９３の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部６１において、第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号を分離するとともに、脈動性信号出力から少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すものである。
外部刺激供給源によって供給される外部刺激信号の影響を受けた対象の変化に起因する圧力情報を受けて対象を検出する方法は、外部刺激供給源として光源を用いる場合には光音響分光と呼ばれる方法である。外部刺激供給源からの入力パルスと検出された熱応答波形との位相変化や熱応答波形のレベル差を見ることで、対象の分析を行うことができる。
＜検体＞
本検体情報処理装置１を適用する検体９１としては、検体９１における血管９３の脈動を測ることができるものであれば特に制限されず、人または人以外の動物に用いることができる。筐体部２１の開口部２２を検体９１に対向させて密着させることにより、空洞２３がクローズドキャビティを形成するためには、検体情報処理装置１を検体９１の皮膚９２に装着することが好ましい。
本検体情報処理装置１を適用する検体９１としては、検体９１における血管９３の脈動を測ることができるものであれば特に制限されず、人または人以外の動物に用いることができる。筐体部２１の開口部２２を検体９１に対向させて密着させることにより、空洞２３がクローズドキャビティを形成するためには、検体情報処理装置１を検体９１の皮膚９２に装着することが好ましい。
上記の構成では、検体９１における血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受ける構成を挙げたが、測定の対象となる血管９３は脈動を測ることが出来る血管であれば特に制限されず、動脈血管、静脈血管、又は毛細血管の測定に用いることが出来る。
本検体情報処理装置１の装着箇所としては、人の場合は、装着のし易さ、測定のし易さ、体表近くに動脈血管が存在して感度良く測定できる点から、前腕部が好ましい。または、装着のし易さ、測定のし易さ、体表近くに毛細血管が存在して感度良く測定できる点から、指先が好ましい。人以外の動物についても、その装着箇所は、装着のしやすさ、測定のし易さを考慮した部位が好ましい。
本検体情報処理装置１を用いて人の脈動性信号を検出する場合において、測定の対象となる血管９３の例としては、前腕に存在する橈骨動脈または尺骨動脈が挙げられる。
＜開口部の口径＞
図１７は、筐体部２１において開口部２２の口径を変えながら、指先の毛細血管の脈動性信号を測定した場合の信号の強さを表わす図である。
図１７は、筐体部２１において開口部２２の口径を変えながら、指先の毛細血管の脈動性信号を測定した場合の信号の強さを表わす図である。
図１７から明らかなように、開口部２２の口径が１〜３ｍｍでは信号が測定できてはいるものの、十分なゲインが得られていない。開口部２２の口径が３ｍｍ以上ではゲインが上昇し、開口部２２の口径が５ｍｍ〜６ｍｍにおいて、高いゲインで脈動性信号の測定を行うことができることが分かる。これは、開口部２２の口径が２ｍｍよりも小さい場合には、血管９３からの信号を捉えるための面積が狭くなるため、検出される信号が弱くなることが影響しているのだと考えられる。
開口部２２の口径が大きすぎる（例えば口径が１０ｍｍよりも大きい）と、検体情報処理装置１を検体９１に装着した場合に、検体９１の表面の組織（皮膚、体毛等）が盛り上がって空洞２３に入り込むことで、組織によって圧力情報の取込部４２が塞がれたり、組織がセンサ素子４３と干渉したりするおそれがある。また、開口部２２の口径が大きすぎると、検体情報処理装置１を検体９１の立体的な形状に沿って密着するように装着する場合に、空洞２３がクローズドキャビティを形成することが困難になる場合がある。また人の指先等の、検体９１の面積が狭い箇所に検体情報処理装置１を装着する場合にも、検体情報処理装置１を装着する際に空洞２３のクローズドキャビティの形成が困難になる場合がある。また、空洞２３の高さを一定にした場合、空洞２３の開口部２２の口径が大きくなるにつれて空洞２３の体積が大きくなり、脈動性信号の強さが一定の場合には、空洞２３の体積が大きくなることで血管９３の脈動性信号に起因する振動が減衰するため、第１センサ４１により検出される信号の強度が低下するおそれがある。また、開口部２２の口径が広すぎると、血管９３の真上に検体情報処理装置１が存在しない場合であっても血管９３の脈動性信号が検出可能となるため、第１センサ４１の指向性が低下するおそれがある。
このため、開口部２２の口径は、通常３ｍｍ以上、好ましくは６ｍｍ以上であり、通常１０ｍｍ以下、好ましくは８ｍｍ以下である。開口部２２の口径の下限が上記の範囲の値より大きいことで、検出される脈動性信号が強くなり、検体９１に装着した際に血管９３からの振動を検出できる位置に開口部２２を密着させることが容易になるため好ましい。開口部２２の口径の上限が上記範囲の値より小さいことで、開口部２２に入り込む検体の影響を抑え、感度を保ち、第１センサ４１の指向性を持たせることができるため好ましい。
また、人の成人の手首における動脈血管（橈骨動脈及び尺骨動脈）の直径がおよそ２ｍｍ程度であることから、検体情報処理装置１の開口部２２を人の手首にに装着した場合には、動脈血管からの脈動性信号を第１センサ４１により感度良く検出する観点から、開口部２２の口径は動脈血管の直径の２倍以上、４〜５倍以下であることが好ましい。開口部２２の口径の下限が上記範囲の値より大きいことで、検出される脈動性信号が強くなり、検体９１に装着した際に血管９３からの振動を検出できる位置に開口部２２を密着させることが容易になるため好ましい。開口部２２の口径の上限が上記範囲の値より小さいことで、開口部２２に入り込む検体の影響を抑え、空洞２３の体積の増大に伴う感度の低下を防ぎ、第１センサ４１の指向性を持たせることができるため好ましい。
人の指に検体情報処理装置１の開口部２２を装着する場合には、指に存在する毛細血管の脈動信号を検出するために、上記の人の手首に装着した場合のように血管の直径との関係から規定することはできないが、空洞２３がクローズドキャビティを形成して脈動性信号を感度良く検出する観点から、開口部２２の口径は少なくとも指のスパンの半分以上、指のスパンの４分の３以下の大きさであることが好ましい。
＜クロ−ズドキャビティを形成する材料＞
空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するために寄与する材料の一つとして本実施形態ではゴム製のＯ−リング２４を挙げたが、検体９１における脈動性信号を閉じ込める空洞２３を形成できる物体であれば、樹脂製や金属製の素材からなるものであっても用いることができる。空洞２３のクローズドキャビティの形成のためには剛性の高いものが望ましいが、皮膚９２に当たる側には、人体の皮膚の特性（柔軟性）を考慮するとゴムやシリコン製などの皮膚９２との親和性が高い素材を用いることが好ましい。
空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するために寄与する材料の一つとして本実施形態ではゴム製のＯ−リング２４を挙げたが、検体９１における脈動性信号を閉じ込める空洞２３を形成できる物体であれば、樹脂製や金属製の素材からなるものであっても用いることができる。空洞２３のクローズドキャビティの形成のためには剛性の高いものが望ましいが、皮膚９２に当たる側には、人体の皮膚の特性（柔軟性）を考慮するとゴムやシリコン製などの皮膚９２との親和性が高い素材を用いることが好ましい。
＜第１センサ＞
第１センサ４１としては、血管９３の脈動性信号を検出できるものであれば、特に限定されないが、血管９３の脈動及び外部刺激供給源３１からの外部刺激信号に起因する検体９１の皮膚９２の振動によって生じる空気の振動（音圧情報）を電気的に検出するマイクロホンを好適に用いることができる。マイクロホンの中でも、指向性、Ｓ／Ｎ比、感度の点からコンデンサマイクが好ましく、ＥＣＭ（ｅｌｅｃｔｒｅｔ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ；エレクトレットコンデンサーマイクロホン、以下、単に「ＥＣＭ」ともいう）を好適に用いることができる。また、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて作製したＥＣＭである、ＭＥＭＳ型ＥＣＭ（以下、「ＭＥＭＳ−ＥＣＭ」ともいう）を好適に用いることができる。
第１センサ４１としては、血管９３の脈動性信号を検出できるものであれば、特に限定されないが、血管９３の脈動及び外部刺激供給源３１からの外部刺激信号に起因する検体９１の皮膚９２の振動によって生じる空気の振動（音圧情報）を電気的に検出するマイクロホンを好適に用いることができる。マイクロホンの中でも、指向性、Ｓ／Ｎ比、感度の点からコンデンサマイクが好ましく、ＥＣＭ（ｅｌｅｃｔｒｅｔ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ；エレクトレットコンデンサーマイクロホン、以下、単に「ＥＣＭ」ともいう）を好適に用いることができる。また、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて作製したＥＣＭである、ＭＥＭＳ型ＥＣＭ（以下、「ＭＥＭＳ−ＥＣＭ」ともいう）を好適に用いることができる。
ここでは、検体情報検出ユニット１１に、第１センサ４１を１つ設けた構成を記載しているが、検出される脈動性信号の強さを向上させ、Ｓ／Ｎ比を上げる観点からは、第１センサ４１を２つ以上設けることが好ましく、検体情報検出ユニット１１または信号処理部６１に設けられる信号加算部６１１（図３７参照）によって各第１センサ４１の信号を加算したものを脈動性信号出力とすることが好ましい。
第１センサ４１を検体情報検出ユニット１１に複数個設ける場合には、複数個それぞれ、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる異なった複数の部位に設けられることが好ましい。これにより、外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しつつ、検出される脈動性信号の強さを向上させ、Ｓ／Ｎ比を上げることが可能となる。
検体情報検出ユニット１１に複数の第１センサ４１を設ける場合、ＭＥＭＳ−ＥＣＭはサイズが小さいために実装が容易であり、開口部２２の口径が大きくなりすぎるのを防ぐことができるために好ましい。また、ＭＥＭＳ−ＥＣＭは品質が安定しているため、並列に多数接続して、各第１センサ４１の信号を加算した際であっても安定した信号を得ることができるために好ましい。
＜第１センサの設置位置＞
第１センサ４１の設置位置である、外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位について、図面を用いて説明する。
第１センサ４１の設置位置である、外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位について、図面を用いて説明する。
第１センサ４１は、筺体部２１における外部刺激供給源３１の配設位置から偏移した部位に設けられることが好ましい。即ち、第１センサ４１は、外部刺激供給源３１からの外部刺激信号の供給方向に対して角度を持たせて設けられることが好ましく、例えば、外部刺激信号の供給方向と直交する向き（略９０度の角度）を向けて設けることが特に好ましい。
例えば筺体部２１の筺体２５が円柱あるいは直角柱の形状の場合であって、外部刺激供給源３１が筺体部２１の筺体２５の底面に設けられる場合、第１センサ４１は筺体２５の側面に設けられることが好ましい。
例えば、外部刺激供給源３１が光源であって、外部刺激信号として光線７１１を用いる場合、図３５示すように、外部刺激供給源（光源）３１から出射される光線７１１の供給方向を示す光軸７１２に対する最大の出射角度をθ1とすると、光軸を中心として２θ1の範囲より外側に第１センサ４１を配置することが好ましい。図３５では、筺体部２１において、外部刺激供給源３１の光軸７１２と平行な位置関係にある筺体部２１の側面壁部に第１センサ４１を設けることで、上記の光軸７１２を中心とした２θ1の範囲より外側に配置されている。
上記の範囲外に第１センサ４１を設けることにより、外部刺激供給源３１から検体９１に供給される外部刺激信号が、反射、回折、または放散等の過程で第１センサ４１に入射しうる部位の範囲外に第１センサ４１を設けることができ、外部刺激信号により第１センサ４１が影響を受けることを避けることができる。これにより、第１センサ４１が外部刺激供給源３１からの外部刺激信号の作用を受けることなく、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号を検出することが出来る。また、第１センサ４１が外部刺激供給源３１からの外部刺激信号の作用を避けることができるため、脈動性信号から分離される外部圧力信号の精度を高めることができ、また、脈動性信号出力取り出される脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号の精度を高めることができる。
第１センサ４１がＭＥＭＳ−ＥＣＭであり、外部刺激供給源３１が光源であり、外部刺激信号として光線７１１を用いる場合には、上述のように、第１センサ４１が、筺体部２１における光源の配設位置から偏移した部位に設けられることで、ＭＥＭＳ−ＥＣＭのシリコンダイヤフラムや内部に実装されているＣＭＯＳ等の半導体が光によって反応するのを避けることができるために有用である。
［１−２．検体情報処理装置の機能構成］
＜検体情報処理装置の機能構成＞
図１に示した本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図４、図５に示すように、検体情報検出ユニット１１及び信号処理部６１を備え、信号処理部６１は、信号分離部７１、及び信号補正部７２を有している。検体情報処理装置１において、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１において検出された脈動性信号出力を、信号分離部７１、及び信号補正部７２によって処理するように構成されている。
＜検体情報処理装置の機能構成＞
図１に示した本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図４、図５に示すように、検体情報検出ユニット１１及び信号処理部６１を備え、信号処理部６１は、信号分離部７１、及び信号補正部７２を有している。検体情報処理装置１において、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１において検出された脈動性信号出力を、信号分離部７１、及び信号補正部７２によって処理するように構成されている。
検体情報検出ユニット１１は、前述のごとく、第１センサ４１により検体９１における血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９３の脈動性信号を検出し、この脈動性信号を出力するものである。
信号分離部７１は、前述のごとく、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１において検出された脈動性信号出力について外部圧力信号分離処理を施すことにより、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を分離するものである。信号分離部７１により外部圧力信号を分離する処理を、分離処理ともいう。
信号補正部７２は、前述のごとく、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力について周波数補正処理を行うことで、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出すものである。信号補正部７２により脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す処理を、補正処理ともいう。
また、信号補正部７２は、脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なうことにより、少なくとも上記の脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すことが好ましい。
検体情報処理装置１における外部圧力信号の分離は、図４に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号補正部７２を介さずに、そのまま信号分離部７１において外部圧力信号分離処理を行っても良い。
または、検体情報処理装置１における外部圧力信号の分離は、図５に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号補正部７２において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、信号分離部７１において外部圧力信号の分離処理を行うように構成してもよい。
＜外部圧力信号の分離処理＞
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置１は、一例として図３７のように表すことができる。検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１、及び信号処理部６１を備えている。
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置１は、一例として図３７のように表すことができる。検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１、及び信号処理部６１を備えている。
検体情報検出ユニット１１は、外部刺激供給源３１、及び第１センサ４１を備えている。 信号処理部６１は、信号分離部７１、及び信号補正部７２を備えている。
信号分離部７１は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ）６２１、タイミング発生部６２２、及びサンプルホールド６２３を備えている。
信号分離部７１は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ）６２１、タイミング発生部６２２、及びサンプルホールド６２３を備えている。
ここでは、第１センサ４１としてのＥＣＭ（エレクトレットコンデンサーマイクロホン）が４つ備えられており、各ＥＣＭで検出された外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号を、検体情報検出ユニット１１に備えられた信号加算部６１１で加算したものを、脈動性信号として信号処理部６１に出力するように構成している。
この検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力が、信号処理部６１に入力されて、信号処理部６１の信号分離部７１、及び信号補正部７２によって脈動性信号出力が処理される。
検体情報検出ユニット１１の外部刺激供給源３１は、検体９１へ向けてパルス状の外部刺激信号を供給するものであって、外部刺激供給源３１は、信号処理部６１のタイミング発生部６２２からの信号を受けて、パルス状に外部刺激信号を発するよう構成されている。
信号補正部７２は、信号処理部６１から入力された脈動性信号について周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの１つの信号が取り出す。取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの１つの信号は、そのまま外部に出力してもよく、信号分離部７１での処理に用いても良い。
信号分離部７１は、タイミング発生部６２２を有しており、タイミング発生部６２２からの信号により外部刺激供給源３１から外部刺激信号がパルス状に供給されるように構成されている。このため、外部刺激信号を発生させたタイミングを考慮して、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を取り出すことが出来る。
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１は、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号を検出し、信号分離部７１において、脈動性信号出力から外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する。ここで、外部圧力信号を感度を良好に検出するためには、脈動性信号出力の脈波波形において、脈動の影響の少ない位置、すなわち脈動に起因する脈波のピーク位置を避けた位置の脈動性信号から外部圧力信号を分離することが好ましい。
そこで、信号分離部７１では、第１センサ４１からの脈動性信号をサンプルホールド６２３においてホールドし、ＰＬＬ６２１に入力される信号補正部７２によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの１つの信号を元にして、脈波信号のピークを避けた位置にて信号を入力し、さらにタイミング発生部６２２を利用して外部刺激供給源３１から外部刺激信号が発せられたタイミングの脈動性信号を取得する。これにより、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号から、外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができる。
［１−３．検体情報処理装置の動作］
図１０〜１２に示すフローチャートに従って、本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作を説明する。
図４に示す機能構成を有する本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作は、図１０、１１のフローチャートに示すように表わされる。
図１０〜１２に示すフローチャートに従って、本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作を説明する。
図４に示す機能構成を有する本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作は、図１０、１１のフローチャートに示すように表わされる。
図１０に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって脈動性信号を検出する（ステップＳ１１）。次に、信号処理部６１の信号分離部７１は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力について、外部圧力信号の分離処理を施し（ステップＳ１２）、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を分離する（ステップＳ１３）。
また、図１１に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって脈動性信号を検出（ステップＳ２１）する。次に、信号処理部６１の信号補正部７２は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施し（ステップＳ２２）、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す（ステップＳ２３）
図５に示す機能構成を有する本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作は、図１２のフローチャートに示すように表わされる。
図１２に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって脈動性信号を検出する（ステップＳ３１）。次に、信号処理部６１の信号補正部７２は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施し（ステップＳ３２）、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す（ステップＳ３３）。これら脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号について外部圧力信号の分離処理を施し（ステップＳ３４）、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を分離する（ステップＳ３５）。
［１−４．第一実施形態にかかる検体情報処理装置の効果］
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、第１センサ４１が設けられていることにより、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号を検出することができる。
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、第１センサ４１が設けられていることにより、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号を検出することができる。
また、第一実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、検体情報処理装置１の開口部２２が血管９３の上に位置して装着されることで、第１センサ４１の圧力情報の取込部４２が血管９３の直上になくとも、血管の脈動性信号の検出を行い、また、外部圧力信号を分離することができる。すなわち第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。
また、第一実施形態にかかる本検体情報処理装置１は脈動性信号の検出に際して、開口部２２を検体９１に対向させることで、第１センサ４１と検体９１の皮膚９２との間に空洞２３がクローズドキャビティを形成する。本検体情報処理装置１は開口部２２の口径を所定の大きさにを限定しているため、開口部２２が受けとる圧力情報の範囲が限定され、本検体情報処理装置１の圧力センサとしてのセンシング範囲が狭く限定される。これにより、圧電素子やマイクロホン等の他のセンサを用いて開放系でセンシングする場合に比して高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。
また、第一実施形態にかかる本検体情報処理装置１の指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
さらに、第一実施形態にかかる本検体情報処理装置１によれば、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号から、信号分離部７１によって外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができ、信号補正部７２によって少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すことができる。
通常、血管９３の脈動性信号の大きさは、外部圧力信号よりも大きいことが知られており、第１センサ４１により検出した脈動性信号そのままでは、外部圧力信号が脈動性信号に隠れてしまうため、十分な精度での解析を行うことが困難である。本装置は、上記の構成により、信号分離部７１によって外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することで、強度の微弱な血管９３からの外部圧力信号であっても、脈波の影響を受けずに高精度に脈動性信号から分離することが可能となる。
また、第一実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、外部圧力信号を分離し、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号とを取り出すことによって、外部圧力信号と、脈波波形とを同時に且つ簡便に得ることが可能となり、検体９１の状態の診断に役立てることができる。
［２．ＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭについて］
本検体情報処理装置１の第１センサ４１に用いられるセンサに関して、まずはマイクロホンのクローズドキャビティと周波数応答との関係についてについて説明し、次に、ＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭ、並びにこれらを用いた脈動性信号の検出、周波数特性、及び周波数補正処理について説明する。
本検体情報処理装置１の第１センサ４１に用いられるセンサに関して、まずはマイクロホンのクローズドキャビティと周波数応答との関係についてについて説明し、次に、ＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭ、並びにこれらを用いた脈動性信号の検出、周波数特性、及び周波数補正処理について説明する。
［２−１．クローズドキャビティと周波数応答］
本検体情報処理装置１は、血管９３の脈動性信号の振動を第１センサ４１によって開放状態（開放系）で測定を行うのではなく、第１センサ４１と振動源との関係において、第１センサ４１の空気室４４と連通する空洞２３が閉鎖された空間構造（クロ−ズドキャビティ）を形成するようにして測定した状態、すなわち第１センサ４１と振動源とをクローズの状態にして測定する。
このことを説明するために、センサ（マイクロホン）の開放状態とクローズの状態での周波数応答の相違について説明する。
本検体情報処理装置１は、血管９３の脈動性信号の振動を第１センサ４１によって開放状態（開放系）で測定を行うのではなく、第１センサ４１と振動源との関係において、第１センサ４１の空気室４４と連通する空洞２３が閉鎖された空間構造（クロ−ズドキャビティ）を形成するようにして測定した状態、すなわち第１センサ４１と振動源とをクローズの状態にして測定する。
このことを説明するために、センサ（マイクロホン）の開放状態とクローズの状態での周波数応答の相違について説明する。
検体９１における血管９３の脈動性信号を検出するにあたって、検体９１のどこからでも、心臓の動きに端を発する振動を捉えることはできる。しかし、その動きの振幅はきわめて小さく、単にマイクロホン等の圧力を感知できるものを人体の近くに配置しても、心臓の動きに端を発する振動を検出することは困難である。それはセンサを開放状態にした場合では、音の放射の原理でいったん空間に放射された振動は、図１９に示すように、その素子の固有周波数ｆ0においてレスポンスがピークとなり、固有周波数ｆ0よりも高周波数領域では定出力となるが、低周波数領域に向けていわゆる−４０ｄＢ／ｄｅｃのカーブをたどり、心臓の動きの基本周波数のところではきわめて微少な信号になっている周波数応答を示すためである。小型の音響機器では固有周波数は数ｋＨｚであるとされており、心臓の動き等の１Ｈｚ付近では高い周波数に対する振幅に対して−１２０ｄＢ以下に信号が減衰することになり、レスポンスが低く十分な感度で測定を行うことが困難である。図１９で何本ものトレースがあるのはいわゆるダンピングファクターの差であり、横軸のｆoの位置が固有周波数を意味する。
一方で、この振動を感知する素子（センサ）の先端に閉じた空間を作り上げてクローズの状態にすることで、周波数特性は一変し図２０のようになる。図２０における複数のトレースの存在は先に説明したとおり、いわゆるダンピングファクターの差である。図２０からは、クロ−ズドキャビティ形成時には、低周波領域の信号を感度よく測定可能であることが分かる。これは図１９の開放状態の周波数応答と比較すると、１Ｈｚ付近の心臓の振動であっても、固有周波数ｆ0付近の振動と同ゲインで正しい振幅で検出できることを意味している。このことは振動を音響エネルギーとして空気中に放出するのではなく、閉じた空間の圧力変化に変換しているためであると考えられる。
上述のとおり、センサ（ＥＣＭ）をクロ−ズドキャビティを形成するようにして、クローズの状態にして測定することで、低周波数領域の周波数応答を向上させることができる。
すなわち、本装置では、従来測定が困難であった、１Ｈｚ付近の検体９１における血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９３の脈動性信号を感度良く検出することができ、さらには１Ｈｚ付近の脈動性信号から検体９１の呼吸信号を抽出することができるものである。
［２−２．ＥＣＭについて］
上述したような閉じた空間（空洞）の圧力変化として、微少振動を検出するときに最も身近なものはマイクロホンである。その中でも、ＥＣＭ（ｅｌｅｃｔｒｅｔ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ、エレクトレットコンデンサーマイクロホン）は、この用途には特に適したものである。ＥＣＭは携帯電話等への応用が進み、小型化、安定化は言うまでも無く、大量生産による入手しやすさが魅力である。
ＥＣＭはエレクトレット膜をコンデンサーマイクロホンの振動膜あるいは固定電極に融着させ、高感度・低電圧駆動を実現させた小型マイクロホンである。
上述したような閉じた空間（空洞）の圧力変化として、微少振動を検出するときに最も身近なものはマイクロホンである。その中でも、ＥＣＭ（ｅｌｅｃｔｒｅｔ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ、エレクトレットコンデンサーマイクロホン）は、この用途には特に適したものである。ＥＣＭは携帯電話等への応用が進み、小型化、安定化は言うまでも無く、大量生産による入手しやすさが魅力である。
ＥＣＭはエレクトレット膜をコンデンサーマイクロホンの振動膜あるいは固定電極に融着させ、高感度・低電圧駆動を実現させた小型マイクロホンである。
図２１に示すように、ＥＣＭ２０１の筐体２０８は、外部と連通し窓のような形状からなる空気穴２０２を有しており、筐体２０８の内部の内部の空間である空気室２０５に、空気穴２０２に面したダイヤフラム２０３とバックプレート２０４とが対向して設けられている。ここでは、ダイヤフラム２０３としてエレクトレット膜を用いている。ダイヤフラム２０３及びバックプレート２０４には図示するように電極２０６が取り付けてあり、バックプレート２０４が固定電極となり、ここから信号を電圧の変化として検出することができ、ダイヤフラム２０３とバックプレート２０４との間のキャパシタンス（静電容量）を測定することができるようになっている。また、低インピーダンスで信号を取り出すために、電界効果トランジスタやＣＭＯＳ系のＩＣがインピーダンス変換素子として用いられる。空気穴２０２の口径は空気的な周波数特性の調整に用いられるが、おおむね筐体２０８における空気穴を有する側の径の１／３程度である。例えば、一般的な６ｍｍ径のＥＣＭの場合、空気穴の口径は２ｍｍほどである。また、この空気穴はひとつの穴でなく、さらに小さな空気穴を複数持つものも市販されている。
振動源から振動が発生した場合、空気穴２０２を通じて伝わる空気室２０５の空気の振動がダイヤフラム２０３を押す力となって働き、ダイヤフラム２０３とバックプレート２０４との距離が変化することによりキャパシタンス（静電容量）の変化が生じる。
ＥＣＭ２０１ではダイヤフラム２０３とバックプレート２０４との間に一定の電荷（Ｑ）を、動作時は常に付加し動作させる。さらにダイヤフラム２０３とバックプレート２０４との間の距離を（ｄ）、これらの面積を同じとして（Ｓ）とすると、このＥＣＭ２０１の静電容量（Ｃ）は次の式（１）で定義できる。
Ｃ∝Ｓ／ｄ （１）
（上記（１）式において、∝は比例を意味する。）
Ｃ∝Ｓ／ｄ （１）
（上記（１）式において、∝は比例を意味する。）
一方、電磁気学から
Ｑ＝Ｃ×Ｖ （２）
上記式（２）の関係が成り立つので、これらの式から、ＥＣＭ２０１から検出される電圧（Ｖ）は、下記式（３）で表わされる。
Ｖ∝Ｑ×ｄ／Ｓ （３）
Ｑ＝Ｃ×Ｖ （２）
上記式（２）の関係が成り立つので、これらの式から、ＥＣＭ２０１から検出される電圧（Ｖ）は、下記式（３）で表わされる。
Ｖ∝Ｑ×ｄ／Ｓ （３）
式（３）から明らかなように、電荷（Ｑ）と面積（Ｓ）は空気圧で変化することは無い定数のため、電圧（Ｖ）はダイヤフラム２０３とバックプレート２０４の距離（ｄ）に比例することになり、図２１の空気穴２０２から入ってくる空気振動は電圧Ｖの形で検出できることになる。
このようにして静電容量変化を電圧に変換することで、振動を測定することができる。検体９１における血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報も、血管９３の脈動性信号が検体９１の皮膚９２に伝わり、皮膚９２の振動が空洞２３内の空気を振動させることで、脈動性信号として検出することができる。
図２１では、空気穴２０２にダイアフラム２０３が対向している構成を挙げたが、ダイヤフラム２０３とバックプレート２０４は空気穴２０２に対して逆向きに設けても良い。即ち、空気穴２０２に面したバックプレート２０４とダイヤフラム２０３とを対向して設けても良い。
ここではダイヤフラムとしてエレクレット膜を用いている構成を説明したが、ダイヤフラムに外部から直流電圧をかける方式のＥＣＭも本発明に用いることができる。
［２−３．ＭＥＭＳ−ＥＣＭについて］
近年、ＥＣＭは小型化の要求からダイヤフラムに半導体プロセスによるシリコン性のダイヤフラムを用いることが多くなっている。このようなＥＣＭをＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）−ＥＣＭという。
近年、ＥＣＭは小型化の要求からダイヤフラムに半導体プロセスによるシリコン性のダイヤフラムを用いることが多くなっている。このようなＥＣＭをＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）−ＥＣＭという。
ＭＥＭＳ−ＥＣＭは半導体プロセスによりサブμｍオーダーの加工・成膜技術により立体的に微細加工を施した超小型のＥＣＭであり、一般に“シリコンマイクロホン”とも呼ばれる。ＭＥＭＳ−ＥＣＭは、原理的にはＥＣＭと同一であるが、ＥＣＭよりもサイズが小さく、空間を用いて周波数特性を調整するため、空気穴（音孔ともいう）のサイズは直径１ｍｍに満たないのが普通である。ＭＥＭＳ−ＥＣＭは感度・Ｓ／Ｎ・周波数特性ともに、通常のＥＣＭと比して遜色はなく、品質のばらつきも小さいことが知られている。
図２２に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ２１１は、ダイヤフラムとバックプレートを備えるＭＥＭＳチップ２１２とＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；相補型金属酸化膜半導体）チップ２１３が設けられ、ワイヤボンディング２１４で接続された構成となっている。
図２３に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ２１１はＭＥＭＳ−ＥＣＭ内部の空間である空気室２２３に面したダイヤフラム２２１とバックプレート２２２が対向して設けられ、ダイヤフラム２２１とバックプレート２２２との間のキャパシタンス（静電容量）を測定することができるようになっている。ＥＣＭと同様に、振動源から振動が発生した場合、外部と連通する図示しない空気穴（音孔）を通じて伝わる空気室２２３の空気の振動がダイヤフラム２２１を振動させ、ダイヤフラム２２１とバックプレート２２２との距離が変化することによりキャパシタンス（容量）の変化が生じる。この容量変化を電圧に変換することで、振動を測定することができる。なお、ダイヤフラム２２１とバックプレート２２２は空気穴（音孔）に対してどちらが対向するように設けても構わない。即ち、空気穴（音孔）に面したダイヤフラム２２１にバックプレート２２２を対向して設けても良く、空気穴（音孔）に面したバックプレート２２２にダイヤフラム２２１を対向して設けても良い。
図２４に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭは、ＭＥＭＳチップ部２３１と、ＣＭＯＳチップ部２３４とからなる。図２４の等価回路にあるようにインピーダンス変換と増幅のためにＣＭＯＳ構造のアンプを包含しているため、ＭＥＭＳチップ部２３１のダイアフラム２３２とバックプレート２３３において生じた電圧の変化は、ＣＭＯＳチップ部２３４のバッファ２３６を介し、更には増幅器２３５で増幅されて出力されるようになっている。
［２−４．クローズドキャビティの形成と脈動性信号の検出］
これらのＥＣＭあるいはＭＥＭＳ−ＥＣＭ（シリコンマイクということもある）を用いて、心臓に起因する血管の振動（脈動性信号）を捕らえようとするとき、これらのマイクを図２０のような周波数特性で、空洞が形成する閉じた空間（クローズドキャビティ）の圧力変化として検出することが望ましい。そのためには、例えばこれらを直接人体の皮膚に押し付けてしまえばよい。この場合、空気穴とダイヤフラムの間で空間が閉じられるために図２０のような周波数特性で信号が検出できるとも考えられる。
これらのＥＣＭあるいはＭＥＭＳ−ＥＣＭ（シリコンマイクということもある）を用いて、心臓に起因する血管の振動（脈動性信号）を捕らえようとするとき、これらのマイクを図２０のような周波数特性で、空洞が形成する閉じた空間（クローズドキャビティ）の圧力変化として検出することが望ましい。そのためには、例えばこれらを直接人体の皮膚に押し付けてしまえばよい。この場合、空気穴とダイヤフラムの間で空間が閉じられるために図２０のような周波数特性で信号が検出できるとも考えられる。
しかしながら、実際には、ＥＣＭあるいはＭＥＭＳ−ＥＣＭを直接検体９１に押し付けても、所望の信号をなかなか得ることができない。最大の原因は、空気穴の径が小さすぎることにあると考えられる。例えば、空気穴の径が２ｍｍのＥＣＭでは血管の真上に空気穴が来たときにだけ信号が検出できた。一方で、ＭＥＭＳ−ＥＣＭでは空気穴（音孔）の径が血管より細いためか、ほとんど信号の検出が出来なかった。これは、検体９１とセンサとの間に開口部２２と空洞２３を有するセンサ取付部を設けない場合には、ＥＣＭ又はＭＥＭＳ−ＥＣＭの圧力情報の取込部（空気穴、音孔）４２の直下にある血管の脈動性信号を検出できるという特性が影響しているものと考えられる。また、検体９１の皮膚組織の柔らかさなどにより圧力情報の取込部４２から皮膚組織等が進入し、圧力情報の取込部４２が塞がれることも影響しているものと考えられる。
そこで、本検体情報処理装置１では、Ｏ−リング２４を用いて開口部２２と空洞２３を有する筐体部２１を設け、クローズドキャビティの形成を行ない、空洞２３と第１センサ４１の圧力情報の取込部４２と空気室４４を連通させることで、開口部２２の範囲内にある低周波の血管９３の脈動性信号の検出を可能にしている。
［２−５．ＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭの周波数特性について］
現在の普通のＥＣＭやＭＥＭＳ−ＥＣＭ等に共通の特性として、風除けの対策が施されていることが挙げられる。携帯電話等のマイクでは、風が強いときの風音、あるいは、使用者が咳き込んだとき（吹かれ）などの急な圧力変化に反応しないように、ダイヤフラムに小さな穴（数十μm）の穴が開けられている。これにより、周波数特性的には低周波分の減衰を招くことになる。遅い空気の流れはこの小さなダイヤフラムの穴を抜けることを考えれば理解しやすい。
現在の普通のＥＣＭやＭＥＭＳ−ＥＣＭ等に共通の特性として、風除けの対策が施されていることが挙げられる。携帯電話等のマイクでは、風が強いときの風音、あるいは、使用者が咳き込んだとき（吹かれ）などの急な圧力変化に反応しないように、ダイヤフラムに小さな穴（数十μm）の穴が開けられている。これにより、周波数特性的には低周波分の減衰を招くことになる。遅い空気の流れはこの小さなダイヤフラムの穴を抜けることを考えれば理解しやすい。
なお、半導体プロセスによりダイヤフラムの穴が形成されるＭＥＭＳ−ＥＣＭでは、穴の形成を安定して同品質で行うことが可能であり、ＥＣＭと比較するとＭＥＭＳ−ＥＣＭ毎の個体間において周波数応答が安定していることが知られている。
低周波領域の感度低下は、可聴音域（２０Ｈｚ〜）を対象とする通常のマイクロホンの使い方においては風音や吹かれを防止する上で効果的である。しかしながら、本検体情報処理装置１において検出したい脈波の中心周波数は約１Ｈｚであり、呼吸信号の周波数も数Ｈｚオーダーの領域において顕著に現れるため、この低周波領域の感度低下は検出に影響することが考えられる。
そこで、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた周波数特性の検証について説明する。
そこで、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた周波数特性の検証について説明する。
上述の通り、本検体情報処理装置１では、脈動性信号の検出及び呼吸信号の抽出を目的とするため１Ｈｚを含む低周波領域における周波数特性を検証する必要がある。周波数特性の検証は、図２５に示す構成の機器を用いて行った。
スピーカー４０３はダイナミック型スピーカーを用い、振動板を取り去り、スピーカーのボイスコイルを残して動く状態にしたままコーン紙を取り除き（Ｅｘｃｉｔｅｒともいう）、その部分にゴムシートを貼り付けてある。このスピーカー４０３のゴムシートに、Ｃａｖｉｔｙの口径を拡大した周波数特性を検査される（被検）ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５とを向かい合うように圧着して、空気室結合４０４を形成した。
この状態で、ＦＦＴアナライザ４０１（ＣＦ−７２００、株式会社小野測器）を低周波信号発生器に用いて０．１２５〜１００Ｈｚの範囲の正弦波掃引によりにより各周波数の信号を出力し、信号をＤＣパワーアンプ４０２に入力して増幅を行った。この増幅後の信号を入力１としてＦＦＴアナライザに入力している。
さらに、低周波信号発生器４０１から発生させた低周波信号でスピーカー４０３のボイスコイルを駆動することで、スピーカ４０３からの信号はゴムシートを信号どおりに上下することとなり、振動を感知した被検ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５により生じた信号を、必要に応じて周波数補償回路４０６に周波数補正を行った信号４０７（容積脈波信号、速度脈波信号、加速度脈波信号）を入力２としてＦＦＴアナライザに入力した。なお、周波数補償回路４０６では、後述する周波数補正と同様の処理を行っている。すなわち、被検ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５により生じた信号を積分したものが容積脈波信号、被検ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５により生じた信号を増幅したものが速度脈波信号、被検ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５により生じた信号を微分したものが加速度脈波信号として得られる。
駆動している低周波信号発生器の信号（入力１）と、入力２との振幅と位相特性について、０．１２５〜１００Ｈｚの範囲において掃引した各周波数において（入力２／入力１）の値を１２８回加算し、これを平均化することで、各周波数におけるＭＥＭＳ−ＥＣＭの低周波特性をの測定と検証を行った。
上述の周波数特性の測定法により、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に振幅（ｄＢ）をとることで、低周波の周波数特性の検証結果は図２６のように表わされる。
上述の周波数特性の測定法により、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に振幅（ｄＢ）をとることで、低周波の周波数特性の検証結果は図２６のように表わされる。
図２６に示すように、検証に用いられたＭＥＭＳ−ＥＣＭの周波数特性は、低周波に向かって、２０ｄＢ／ｄｅｃの感度低下が認められた。心臓の動きに関するものであれば脈拍は普通１Ｈｚ（脈拍が一分間で６０の場合）程度なので、これは本来の検出すべき信号の微分特性を示すものといえる。また、１００Ｈｚ付近に１つの極を持つ微分回路と等価であるといえる。
この時、容積変化などの信号を検出すべき信号とすると、ＭＥＭＳ−ＥＣＭで脈波を計測する場合、対象とする周波数帯域（およそ０．５〜１０Ｈｚ）において、単純な微分回路であって、その計測波形は通常の脈波の微分である速度成分を示すことになり、“速度脈波”であると考えることができる。
また、よく血管の状況を判断するのに用いられる加速度脈波はこの速度脈波をさらに時間微分したものである。
また、よく血管の状況を判断するのに用いられる加速度脈波はこの速度脈波をさらに時間微分したものである。
［２−６．周波数補正処理について］
＜周波数補正処理＞
次に、脈動性信号出力についての周波数補正処理について説明する。
周波数補正処理とは、検体情報検出装置の第１センサ４１からの脈動性信号出力について、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す補正処理をいう。
＜周波数補正処理＞
次に、脈動性信号出力についての周波数補正処理について説明する。
周波数補正処理とは、検体情報検出装置の第１センサ４１からの脈動性信号出力について、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す補正処理をいう。
図２６のような応答を示すＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力（測定データ）は、速度脈波として得られるため、周波数補正を行わない場合には、速度脈波を得ることができる。
ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力から脈波、そして加速度脈波を得るには図２７に示すような周波数応答をする電気回路を通過させる周波数補正処理を適用すればよい。
ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力から脈波、そして加速度脈波を得るには図２７に示すような周波数応答をする電気回路を通過させる周波数補正処理を適用すればよい。
すなわち、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力に対して超低周波域から１００Hｚまで−２０ｄＢ／ｄｅｃでその後はフラットなカーブを通過させれば（容積）脈波が得られ、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力に対して超低域から１００Ｈｚまで２０ｄＢ／ｄｅｃで上昇し、その後フラットな電気回路を通せば加速度脈波が得られることになる。また、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力に対して補正処理を行わない場合には、速度脈波が得られる。この様な回路を通過させた後のトータルな周波数特性は図２９のようになった。
図２９において、Ａは速度脈波の周波数特性を示し、Ｂは容積脈波の周波数特性を示し、Ｃは加速度脈波の周波数特性を示す。
図２９に示すこれらの加速度脈波、速度脈波、容積脈波は、周波数が高くなるにつれて４０ｄＢ／ｄｅｃ、２０ｄＢ／ｄｅｃ、０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが上昇している。脈波の周波数付近ではそれぞれ、加速度脈波、速度脈波、そして脈波を発生する周波数特性となっている。
図２９に示すこれらの加速度脈波、速度脈波、容積脈波は、周波数が高くなるにつれて４０ｄＢ／ｄｅｃ、２０ｄＢ／ｄｅｃ、０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが上昇している。脈波の周波数付近ではそれぞれ、加速度脈波、速度脈波、そして脈波を発生する周波数特性となっている。
この周波数補正処理は、速度脈波について、１００Ｈｚ以下を微分回路で補償する（微分する）ことにより加速度脈波を得ることができ、また、速度脈波について、１００Ｈｚ以下を積分回路で補償する（積分する）ことにより容積脈波を得ることができる処理と同等の処理を行うものである。また、周波数補正処理では、必要に応じて増幅動作を行っても良い。
また、周波数補正処理とは、脈波の周波数１Ｈｚに対して、微分動作を行うことで加速度脈波を得て、積分動作を行うことで容積脈波を得て、増幅動作を行うことで速度脈波を得る処理であるということもできる。
このような周波数補正を施す回路をアナログ回路で表すと、図２８のように構成することができる。
図２８において、符号Ａで示す部分は増幅動作回路部分であり、符号Ｂで示す部分は積分動作回路部分であり、符号Ｃで示す部分は微分動作回路部分である。
このような周波数補正を施す回路をアナログ回路で表すと、図２８のように構成することができる。
図２８において、符号Ａで示す部分は増幅動作回路部分であり、符号Ｂで示す部分は積分動作回路部分であり、符号Ｃで示す部分は微分動作回路部分である。
＜周波数補正処理と脈波波形＞
手首橈骨に、開口部２２の口径を拡げて空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するようにＭＥＭＳ−ＥＣＭを当てて観測したの脈波の波形が図３０である。測定により得られた速度脈波（測定データ）の波形は図３０（ｂ）のように表わされる。この速度脈波を上述した積分回路での補償により得られる容積脈波は、図３０（ａ）のように表わされる。速度脈波を上述した微分回路での補償により得られる加速度脈波は、図３０（ｃ）のように表わされる。
手首橈骨に、開口部２２の口径を拡げて空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するようにＭＥＭＳ−ＥＣＭを当てて観測したの脈波の波形が図３０である。測定により得られた速度脈波（測定データ）の波形は図３０（ｂ）のように表わされる。この速度脈波を上述した積分回路での補償により得られる容積脈波は、図３０（ａ）のように表わされる。速度脈波を上述した微分回路での補償により得られる加速度脈波は、図３０（ｃ）のように表わされる。
容積脈波、速度脈波、及び加速度脈波の波形は東洋医学を含むいろいろな分野でヘルスケアや疾病の診断に用いられている。一例として、圧電素子を用いて頚動脈の脈波を測定した容積脈波の波形は図３１（ａ）のように表わされる。また速度脈波は図３１（ｂ）のように表わされる。また、加速度脈波は図３１（ｃ）のように表わされる。
図３０（ｃ）及び図３１（ｃ）のピークにａ〜ｅの符号を付して示したように、加速度脈波を特徴付けるａ〜ｅのピーク（ａ波〜ｅ波）が得られる。これらのうちｂ波とｄ波の相対的な振幅は心臓血管系の疾患との関連性や年齢・血圧の推定などに用いられ、臨床的に重要視されるファクターである。このｂ−ｄ波は心臓からの駆出波（Ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ Ｗａｖｅ、以下、「ＰＷ」ともいう）および血管障壁等からの反射波（Ｔｉｄａｌ Ｗａｖｅ、以下、「ＴＷ」ともいう）の合成の様態に由来し、ちょうど容積脈波においては図３０（ａ）におけるＰＷとＴＷで示した箇所のくびれの形状により大きく異なる。
図３０と図３１の波形の比較から、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて脈波の測定を行うことにより、観察された容積脈波（図３０（ａ））は、Ｓ／Ｎ比が改善されることでＰＷとＴＷにより形成されるギャップが強調されており、また、加速度脈波（図３０（ｃ））においても顕著なピークを形成していることがわかる。
本発明の検体情報処理装置１によれば、空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成することと、第１センサ４１としてＥＣＭ又はＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いることにより、従来よりも低周波領域における脈動性信号のＳ／Ｎ比が大きく改善され、より明瞭な脈波を得ることができる。
［３．血管位置の検出と通知について］
＜血管位置の検出＞
検体情報検出ユニット１１を検体９１に対向させて設置して、検体情報処理装置１の検体９１上の位置を変えながら皮膚９２の表面で脈動性信号の検出を行なう。このとき、波形表示器８２により表示される脈動性信号の波形を確認することで、検体情報検出ユニット１１の位置の変化に伴う検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの出力レベルを検出することができる。さらに、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの心拍（脈動性信号）が強く検出された位置（出力レベルとしての脈波波形の振幅が大きく検出された位置）をプロットすることを繰り返すことで、血管９３の位置を追跡することができる。図３４は、左手の手のひらに検体情報処理装置１の検体情報検出ユニット１１を当てて、脈波の速度成分が少しでも検出できる位置を探し、その近辺で検体情報検出ユニット１１を少しずつずらしていき、速度脈波の振幅（脈動性信号の出力レベル）が一番大きくなるところをプロットしたものである。
＜血管位置の検出＞
検体情報検出ユニット１１を検体９１に対向させて設置して、検体情報処理装置１の検体９１上の位置を変えながら皮膚９２の表面で脈動性信号の検出を行なう。このとき、波形表示器８２により表示される脈動性信号の波形を確認することで、検体情報検出ユニット１１の位置の変化に伴う検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの出力レベルを検出することができる。さらに、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの心拍（脈動性信号）が強く検出された位置（出力レベルとしての脈波波形の振幅が大きく検出された位置）をプロットすることを繰り返すことで、血管９３の位置を追跡することができる。図３４は、左手の手のひらに検体情報処理装置１の検体情報検出ユニット１１を当てて、脈波の速度成分が少しでも検出できる位置を探し、その近辺で検体情報検出ユニット１１を少しずつずらしていき、速度脈波の振幅（脈動性信号の出力レベル）が一番大きくなるところをプロットしたものである。
左手の手のひらにおいて動脈が存在することが知られており、動脈の分布についての知見が得られている。この動脈の分布と図３４のプロットの分布とを比較すると、図３４のプロットは動脈の分布と一致しており、図３４のプロットにより動脈が追跡できていることが分かる。図３４に示すプロットでは、断続的にプロットが得られており動脈を完全にはトレースしきれていないものの、ＥＣＭを第１センサ４１に用いた本検体情報処理装置１により、血管分布のような２次元マップを作成することができる。
なお、第１センサ４１からの出力レベルとしては、上述のように、波形表示器８２により表示される脈動性信号の脈波波形の振幅を用いることができる。脈動性信号としては、容積脈波、速度脈波、または加速度脈波のいずれを用いてもよい。または、コンピュータ８１において、信号処理部６１から入力された脈動性信号を処理して、脈動性信号の強さを検体情報処理装置１の位置の変化に伴う経時的な値として数値化することで脈動性信号の出力レベルとして比較するようにしてもよい。
＜血管位置の通知＞
上述したように、本検体情報処理装置１を用いることで、検体情報処理装置１の指向性を利用して、検体情報検出ユニット１１の移動に伴って変化する、第１センサ４１の出力レベルを検出し、その出力レベルの変化に基づいて検体９１の皮膚９２の表面において動脈血管の位置を追跡することができる。
上述したように、本検体情報処理装置１を用いることで、検体情報処理装置１の指向性を利用して、検体情報検出ユニット１１の移動に伴って変化する、第１センサ４１の出力レベルを検出し、その出力レベルの変化に基づいて検体９１の皮膚９２の表面において動脈血管の位置を追跡することができる。
次に、本検体情報処理装置１の、この特性を利用して、本検体情報処理装置１による脈動性信号の検出の際に血管位置を通知し、適正な検出位置で本装置の装着と測定を行うことを可能にする装置について説明する
このような血管位置の通知を行う検体情報処理装置１は、レベル検出部と、レベル表示部とをそなえ、レベル表示部が検体情報検出ユニット１１に設けられていることにより構成することができる。
レベル検出部は、検体情報検出ユニット１１の移動に伴って変化する第１センサ４１からの出力レベルを検出するものである。
レベル表示部は、レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するものである。レベル表示部は本検体情報処理装置１における視認しやすい箇所、例えば本装置を検体９１に装着したときに、本装置の上面となる部位に設けることが好ましい。
レベル検出部は、検体情報検出ユニット１１の移動に伴って変化する第１センサ４１からの出力レベルを検出するものである。
レベル表示部は、レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するものである。レベル表示部は本検体情報処理装置１における視認しやすい箇所、例えば本装置を検体９１に装着したときに、本装置の上面となる部位に設けることが好ましい。
血管位置の通知を行う検体情報処理装置１（４４１）を機能的に表わすとき、例えば、図３３に示すように構成することができ、レベル検出部４４２は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ）４４３、タイミング発生部４４４、サンプルホールド４４５、４４６を備えており、レベル表示部４４７はコンパレータ４４８、４５０、及びＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）４４９、４５１を備えている。
検体情報処理装置１により脈波を測定する際に、検体情報検出ユニット１１を検体９１に対向させて位置を変えながら脈動性信号の検出をすることで、図３２に示すように、検体情報検出ユニット１１と検体９１の動脈血管９３との位置関係に応じて、第１センサ４１からの出力レベル（脈波の強さ（振幅））がピークｔ1〜ｔ8のように順に変化する。ここではｔ1〜ｔ4において、検体情報処理装置１が検体９１の動脈血管９３に近づくにつれて脈波の振幅が増大し、ｔ4においてピークとなる様子を表わしている。また、ｔ5〜ｔ8において、検体情報処理装置１が検体９１の動脈血管９３から離れるにつれて振幅が減少している様子を表わしている。
測定により得られた脈波は、まずレベル検出部４４２において、検体情報検出ユニットの移動に伴って変化する第１センサ４１からの出力レベルを検出する。一例として、図３３に示すように、ＰＬＬ４４３、タイミング発生部４４４、サンプルホールド４４５、４４６を利用して、サンプルホールド４４５から出力されるピーク値と、サンプルホールド４４６から出力される１ピーク位置分遅延したピークとを、コンパレータ４４８、４５０に入力する。
次に、図３３に示すように、レベル表示部において、レベル検出部４４２からの出力に応じて、出力レベル評価情報を表示する。ここでは、コンパレータ４４８、４５０の出力がＬｏｗのときに、ＬＥＤ４４９、４５１が点灯するように構成されている。このため、コンパレータ４５０は、サンプルホールド４４５及びサンプルホールド４４６からの出力を受けて、サンプルホールド４４５からの入力がサンプルホールド４４６からの入力よりも高ければ（図３２のｔ1〜ｔ4の場合）、ＬＥＤ４５１を点灯させる。コンパレータ４４８は、サンプルホールド４４５及びサンプルホールド４４６からの出力を受けて、サンプルホールド４４５からの入力がサンプルホールド４４６からの入力よりも低ければＬＥＤ４４９を点灯させる。
ＬＥＤ４４９、４５１は、本装置における視認しやすい箇所に設けられているので、動脈血管９３の位置に近い、適正な検出位置に対応する部位に本装置が装着されたことを容易に知ることができる。
本検体情報処理装置１は上述のように構成されているため、例えば検体９１として人の手首を周方向に一方向に移動させながら脈動性信号の検出をした場合、動脈血管９３から離れた状態のｔ1のピークから、検体情報処理装置１が動脈血管９３に近づくにつれて図３２のｔ2〜ｔ3のようにピークが増大し、動脈血管９３に最も近づいたｔ4においてピークが最大となる。この間、レベル検出部４４２が第１センサ４１からの出力レベルを検出して、レベル表示部４４７はＬＥＤ４４９を消灯させ、ＬＥＤ４５１を点灯させる。さらに、検体情報処理装置１を移動させながら脈動性信号の検出を行うと、検体情報処理装置１が動脈血管９３から離れることで、ｔ5〜ｔ8において振幅が減少する。この間、レベル表示部４４７はＬＥＤ４４９を点灯させ、ＬＥＤ４５１を消灯させる。
ＬＥＤ４４９及び４５１を、検体情報検出ユニットに設けておき、例えばＬＥＤ４４９を赤色、ＬＥＤ４５１を青色を発するようにすることで、検体情報処理装置１を移動させながら脈動性信号の検出をする場合に、動脈血管９３との位置関係をＬＥＤの点灯状態（点灯色）の変化で使用者に通知することができる。これにより、使用者は検体情報処理装置１を操作しながら、検体情報処理装置１に設けられた手元のＬＥＤを確認することで、簡便に動脈血管９３に近い適正な位置に本装置を装着して測定を行なうことができる。また、動脈血管９３に近い位置での測定が可能となり、強い脈動性信号を検出することができる。
もちろん、ＬＥＤ４４９が点灯すると、出力レベルの判定結果を示す表示板（例えば、ＬＥＤ４４９の点灯により「後」と表示される表示板）を照らし、ＬＥＤ４５１が点灯すると、ＬＥＤ４４９が照らす表示板とは別の表示板（例えば、ＬＥＤ４５１の点灯により「前」と表示される表示板）を照らすように構成することも可能である。このように構成することにより、本装置を使用する者は、表示板の表示に従って操作を行うことで容易に動脈血管９３の位置を確認することができ、本装置の適正な装着位置を確認することが出来る。
上述したように、検体情報処理装置１に、レベル検出部とレベル表示部とがそなえられ、レベル表示部が検体情報検出ユニット１１に設けられていることにより、簡便に血管９３の位置を検出することが可能となる。また、血管９３に近い適正な位置に本装置１を装着して測定を行なうことができるため、信号が強くＳ／Ｎ比が高い脈動性信号を検出することができる。また、後述する周波数復調部７３により脈動性信号から抽出される呼吸信号のＳ／Ｎ比及び感度も向上させることができる。さらには、血管９３に近い適正な位置に本装置を装着することができるため、外部刺激供給源３１による外部刺激信号の供給も検体９１の血管９３に対して効果的に行うことができるため、脈動性信号から分離される外部圧力信号の強度を高めることが可能となる。
〔Ａ２．本発明の第二実施形態〕
［４−１．第二実施形態にかかる検体情報処理装置の構成例］
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１は、一例として図２に示すように構成されている。
［４−１．第二実施形態にかかる検体情報処理装置の構成例］
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１は、一例として図２に示すように構成されている。
第二実施形態にかかる検体情報処理装置１は、一部の構成を除いて上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置１と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する
図２に示すように、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１と信号処理部６１とをそなえて構成されており、信号処理部６１は、信号分離部７１と、周波数復調部７３とを有している。
検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１は、第一実施形態と同様に、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１は、第一実施形態と同様に、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
周波数復調部７３は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力について周波数復調処理を施すことにより、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出するものである。
コンピュータ８１は、信号分離部７１によって分離された外部圧力信号を利用して、血管９３の血液成分を解析することができる。また、コンピュータ８１は、周波数復調部７３によって抽出された呼吸信号を利用して、検体９１の呼吸状態の検査や、検体９１の睡眠又は覚醒状態の判断を行うことも出来る。
信号処理部６１の信号分離部７１から外部圧力信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は外部圧力信号の波形を表示する。信号処理部６１の周波数復調部７３から呼吸信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は呼吸信号の波形を表示する。
本発明の第二実施形態にかかる本検体情報処理装置１は、検体９１に筐体２１の開口部２２を密着させることで空洞２３が閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）を形成する。この状態で、外部刺激供給源３１により検体９１の血管９３へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１が外部刺激信号の影響を受けた検体９１における検体情報処理装置１の装着部位付近に存在する血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９３の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部６１において、第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号を分離するとともに、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出するものである。
［４−２．第二実施形態にかかる検体情報処理装置の機能構成］
図２に示した本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図６に示すように、検体情報検出ユニット１１及び信号処理部６１を備えており、信号処理部６１は、信号分離部７１、及び信号復調部７３を有している。検体情報処理装置１において、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号分離部７１、及び信号復調部７３によって処理するように構成されている。
図２に示した本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図６に示すように、検体情報検出ユニット１１及び信号処理部６１を備えており、信号処理部６１は、信号分離部７１、及び信号復調部７３を有している。検体情報処理装置１において、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号分離部７１、及び信号復調部７３によって処理するように構成されている。
周波数復調部７３は、例えば位相同期回路（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｌｏｏｐ、以下、「ＰＬＬ」ともいう）を利用する周波数復調処理により、脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出するものである。周波数復調部７３により呼吸信号を抽出する処理を、抽出処理ともいう。
［４−３．第二実施形態にかかる検体情報処理装置の動作］
図６に示す本発明の第二実施形態にかかる機能構成を有する検体情報処理装置１の動作は、図１０、１３のフローチャートに示すように表わされる。
図１０のフローチャートに示す動作は上述した通りである。
図６に示す本発明の第二実施形態にかかる機能構成を有する検体情報処理装置１の動作は、図１０、１３のフローチャートに示すように表わされる。
図１０のフローチャートに示す動作は上述した通りである。
図１３に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサによって脈動性信号を検出する（ステップＳ４１）。次に、信号処理部６１の信号分離部７１は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力について、周波数復調処理を施し（ステップＳ４２）、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する（ステップＳ４３）。
＜外部圧力信号の分離処理＞
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置１は、一例として図３８のように表すことができる。検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１、及び信号処理部６１を備えており、信号処理部６１は、信号分離部７１、及び周波数復調部７３を備えている。
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置１は、一例として図３８のように表すことができる。検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１、及び信号処理部６１を備えており、信号処理部６１は、信号分離部７１、及び周波数復調部７３を備えている。
検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力が、信号処理部６１に入力されて、信号処理部６１の信号分離部７１、及び周波数復調部７３によって脈動性信号出力が処理される。
周波数復調部７３は、検体情報検出ユニット１１から入力された脈動性信号について、周波数復調処理を施すことにより、呼吸信号を抽出する。
周波数復調部７３は、検体情報検出ユニット１１から入力された脈動性信号について、周波数復調処理を施すことにより、呼吸信号を抽出する。
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１は、信号分離部７１において、第１センサ４１からの脈動性信号をサンプルホールド６２３においてホールドし、ＰＬＬ６２１に入力される第１センサ４１からの脈動性信号を元にして、脈波信号のピークを避けた位置にて信号を入力し、さらにタイミング発生部６２２により外部刺激供給源３１から外部刺激信号が発せられたタイミングの信号を取得する。これにより、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号から、外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができる。
＜呼吸信号の抽出処理＞
周波数復調部７３を機能的に表わすとき、周波数復調部７３は、図１８に示すように、位相比較器１５１、ローパスフィルタ１５２、ＶＣＯ（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；電圧制御発振器）１５３、分周器１５４を備えている。
周波数復調部７３を機能的に表わすとき、周波数復調部７３は、図１８に示すように、位相比較器１５１、ローパスフィルタ１５２、ＶＣＯ（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；電圧制御発振器）１５３、分周器１５４を備えている。
周波数復調処理とは、ＰＬＬによって位相を同期させた二つの信号を比較することで、脈動性信号に含まれる呼吸信号を抽出する処理である。一例として、図１８に示すように、周波数復調部７３において、位相比較器１５１に脈動性信号を入力し、位相比較器１５１からの出力をローパスフィルタ１５２に入力してその出力でＶＣＯ１５３の発振周波数を調整し、分周器１５４によって分周し、位相比較器１５１に戻してこれらの二つの信号を同期させることで、ローパスフィルタ１５２の出力波形を呼吸成分として得ることができる。
すなわち、検体の呼吸成分が変調された脈動性信号について、復調処理を施すことにより、呼吸成分を脈動性信号から抽出できるのである。
すなわち、検体の呼吸成分が変調された脈動性信号について、復調処理を施すことにより、呼吸成分を脈動性信号から抽出できるのである。
ここで、上述したとおり、本発明のクロ−ズドキャビティの形成とＥＣＭ又はＭＥＭＳ−ＥＣＭを組み合わせた検体情報処理装置１とを用いることで、従来よりも低周波領域における脈動性信号のＳ／Ｎ比が大きく改善される。このため、従来の検出装置では見られなかった、脈波の呼吸による周波数変調を確認することができる。
また、従来の検出装置による観察によってベースバンドに現れる、伝送歪みにより復調された脈波を単に０．３Ｈｚ以下位の低域通過フィルタによって抜き出すことによる検出とは異なり、本発明のクロ−ズドキャビティの形成とＥＣＭ又はＭＥＭＳ−ＥＣＭを組み合わせた検体情報処理装置１を用いることで、脈波波形から呼吸信号を復調でき、また検体９１の動作状況に応じて呼吸波形が変化する様子を捉えることができる。
［４−４．第二実施形態にかかる検体情報処理装置の効果］
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、第一実施形態と同様に、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、第一実施形態と同様に、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
さらには、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号から、信号分離部７１によって外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができ、周波数復調部７３によって脈動性信号から呼吸信号を抽出することができる。これにより、強度の微弱な血管９３からの外部圧力信号であっても、脈波の影響を受けずに高精度に脈動性信号から分離することが可能となる。
また、第二実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、外部圧力信号を分離し、呼吸信号を抽出することによって、外部圧力信号と、呼吸信号とを同時に且つ簡便に得ることが可能となり、検体９１の状態の診断に役立てることができる。
［４−５．その他］
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１において、筺体部２１、外部刺激供給源３１、第１センサ４１、信号分離部７１、及びコンピュータ８１は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。また、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１は、上述の第一実施形態と同様の検体９１に適用することができる。また、第二実施形態にかかる検体情報処理装置１の開口部２２の口径、クローズドキャビティを形成する材料、第１センサ４１の設置位置は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１において、筺体部２１、外部刺激供給源３１、第１センサ４１、信号分離部７１、及びコンピュータ８１は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。また、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１は、上述の第一実施形態と同様の検体９１に適用することができる。また、第二実施形態にかかる検体情報処理装置１の開口部２２の口径、クローズドキャビティを形成する材料、第１センサ４１の設置位置は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。
また、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１において、第１センサ４１として用いられるＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭは、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１のＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭと同様の特性を示し、第一実施形態にかかるＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭと同様に周波数補正処理を行い、第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に脈波波形を得ることができる。
また、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１において、第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に血管位置を検出することが可能であり、血管位置を通知させるよう構成することができる。
〔Ａ３．本発明の第三実施形態の説明〕
［５−１．第三実施形態にかかる検体情報処理装置の構成例］
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１は、例として図３に示すように構成されている。
［５−１．第三実施形態にかかる検体情報処理装置の構成例］
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１は、例として図３に示すように構成されている。
第三実施形態にかかる検体情報処理装置１は、一部の構成を除いて第一実施形態及び第二実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置１と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する
図３に示すように、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１と信号処理部６１とをそなえて構成されており、信号処理部６１は、信号分離部７１と、信号補正部７２と、周波数復調部７３とを有している。
検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１は、第一実施形態と同様に、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１は、第一実施形態と同様に、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
コンピュータ８１は、信号分離部７１によって分離された外部圧力信号を利用して、血管９３の血液成分を解析することができる。また、コンピュータ８１は、信号補正部７２によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号又は脈動性加速度信号を利用して、各信号の波形から検体９１の健康状態の診断を行うことが出来る。また、コンピュータ８１は、周波数復調部７３によって抽出された呼吸信号を利用して、検体９１の呼吸状態の検査や、検体９１の睡眠又は覚醒状態の判断を行うことも出来る。
信号処理部６１の信号分離部７１から外部圧力信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は外部圧力信号の波形を表示する。信号処理部６１の信号補正部７２から脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号の波形を表示する。信号処理部６１の周波数復調部７３から呼吸信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は呼吸信号の波形を表示する。
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１は、検体９１に筐体２１の開口部２２を密着させることで空洞２３が閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）を形成する。この状態で、外部刺激供給源３１により検体９１の血管９３へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１が外部刺激信号の影響を受けた検体９１における検体情報処理装置１の装着部位付近に存在する血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９３の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部６１において、第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号を分離するとともに、脈動性信号出力から少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出し、脈動性信号出力含まれる呼吸信号を抽出するものである。
［５−２．第三実施形態にかかる検体情報処理装置の機能構成］
図３に示した本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図７〜９に示すように、検体情報検出ユニット１１及び信号処理部６１を備えており、信号処理部６１は、信号分離部７１、信号補正部７２、及び周波数復調部７３を有している。検体情報処理装置１において、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号分離部７１、信号補正部７２、及び周波数復調部７３によって処理するように構成されている。
図３に示した本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図７〜９に示すように、検体情報検出ユニット１１及び信号処理部６１を備えており、信号処理部６１は、信号分離部７１、信号補正部７２、及び周波数復調部７３を有している。検体情報処理装置１において、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号分離部７１、信号補正部７２、及び周波数復調部７３によって処理するように構成されている。
検体情報処理装置１における外部圧力信号の分離は、図７に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号補正部７２を介さずに、そのまま信号分離部７１において外部圧力信号分離処理を行っても良い。
または、検体情報処理装置１における外部圧力信号の分離は、図８に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号補正部７２において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、信号分離部７１において外部圧力信号分離処理を行うように構成してもよい。
検体情報処理装置１における呼吸信号の抽出は、図７に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号補正部７２を介さずに、そのまま周波数復調部７３において周波数復調処理を行っても良い。
または、検体情報処理装置１における呼吸信号の抽出は、図９に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号補正部７２において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、周波数復調部７３において周波数復調処理を行うように構成してもよい。
もちろん、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力を、信号補正部７２において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、信号分離部７１において外部圧力信号分離処理を行い、周波数復調部７３において周波数復調処理を行うように構成してもよい。
［５−３．第三実施形態にかかる検体情報処理装置の動作］
図７に示す機能構成を有する本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作は、図１０、１１、１３のフローチャートに示すように表わされる。
図１０、１１、１３のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
図７に示す機能構成を有する本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作は、図１０、１１、１３のフローチャートに示すように表わされる。
図１０、１１、１３のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
図８に示す機能構成を有する本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作は、図１２、１３のフローチャートに示すように表わされる。
図１２、１３のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
図１２、１３のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
図９に示す機能構成を有する本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１の動作は、図１０、１４のフローチャートに示すように表わされる。
図１０のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
図１０のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
図１４に示すように、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって脈動性信号を検出する（ステップＳ５１）。次に、信号処理部６１の信号補正部７２は、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施し（ステップＳ５２）、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す（ステップＳ５３）。これら脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号について、信号処理部６１の周波数復調部７３は、周波数復調処理を施し（ステップＳ５４）、脈動性信号に含まれる呼吸信号を抽出する（ステップＳ５５）。
＜外部圧力信号の分離処理＞
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置１は、一例として図３９のように表すことができる。検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１、及び信号処理部６１を備えており、信号処理部６１は、信号分離部７１、信号補正部７２、及び周波数復調部７３を備えている。
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置１は、一例として図３９のように表すことができる。検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１、及び信号処理部６１を備えており、信号処理部６１は、信号分離部７１、信号補正部７２、及び周波数復調部７３を備えている。
検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１からの脈動性信号出力が、信号処理部６１に入力されて、信号処理部６１の信号分離部７１、信号補正部７２、及び周波数復調部７３によって脈動性信号出力が処理される。
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１は、信号分離部７１において、第１センサ４１からの脈動性信号をサンプルホールド６２３においてホールドし、ＰＬＬ６２１に入力される信号補正部７２によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの１つの信号を元にして、脈波信号のピークを避けた位置にて信号を入力し、さらにタイミング発生部６２２により外部刺激供給源３１から外部刺激信号が発せられたタイミングの信号を取得する。これにより、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号から、外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができる。
［５−４．第三実施形態にかかる検体情報処理装置の効果］
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
さらには、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、外部刺激信号の影響を受けた検体９１における血管９３の脈動性信号から、信号分離部７１によって外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができ、信号補正部７２によって少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すことができ、周波数復調部７３によって脈動性信号から呼吸信号を抽出することができるこれにより、強度の微弱な血管９３からの外部圧力信号であっても、脈波の影響を受けずに高精度に脈動性信号から分離することが可能となる。
また、第三実施形態にかかる検体情報処理装置１によれば、外部圧力信号を分離し、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出し、呼吸信号を抽出することによって、外部圧力信号と、脈波波形と、呼吸信号とを同時に且つ簡便に得ることが可能となり、検体９１の状態の診断に役立てることができる。
［５−５．その他］
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１において、筺体部２１、外部刺激供給源３１、第１センサ４１、信号分離部７１、信号補正部７２、及びコンピュータ８１は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１において、周波数復調部７３は、上述の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１は、上述の第一実施形態と同様の検体９１に適用することができる。また、第二実施形態にかかる検体情報処理装置１の開口部２２の口径、クローズドキャビティを形成する材料、第１センサ４１の設置位置は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１において、筺体部２１、外部刺激供給源３１、第１センサ４１、信号分離部７１、信号補正部７２、及びコンピュータ８１は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１において、周波数復調部７３は、上述の第二実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１は、上述の第一実施形態と同様の検体９１に適用することができる。また、第二実施形態にかかる検体情報処理装置１の開口部２２の口径、クローズドキャビティを形成する材料、第１センサ４１の設置位置は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成することができる。
また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１において、第１センサ４１として用いられるＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭは、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置１のＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭと同様の特性を示し、第一実施形態ＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭと同様に周波数補正処理を行い、第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に脈波波形を得ることができる。
また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１において、第一実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に血管位置を検出することが可能であり、血管位置を通知させるよう構成することができる。
また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置１において、第二実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に周波数復調処理を行い、第二実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に呼吸信号を抽出することができる。
〔Ｂ１．第一変形例の説明〕
［６−１．第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置の構成例］
本発明の第一の変形例にかかる検体情報処理装置１は、例として図１５に示すように構成されている。ここでは、上述の第三実施形態に第一の変形例を適用したものを例示して説明する。
［６−１．第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置の構成例］
本発明の第一の変形例にかかる検体情報処理装置１は、例として図１５に示すように構成されている。ここでは、上述の第三実施形態に第一の変形例を適用したものを例示して説明する。
第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置１は、一部の構成を除いて上述の第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態にかかる検体情報処理装置１と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置１と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。
図１５に示すように、本発明の第三実施形態の第一の変形例にかかる検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１と信号処理部６１とをそなえて構成されている。
検体情報検出ユニット１１は、筐体部２１と、外部刺激供給源３１と、第１センサ４１とを有し、さらに筺体部２１に第２センサ５１を有している。
信号処理部６１は、信号分離部７１と、信号補正部７２と、周波数復調部７３と、信号変換部６３１とを有している。
第１センサ４１は、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
検体情報検出ユニット１１は、筐体部２１と、外部刺激供給源３１と、第１センサ４１とを有し、さらに筺体部２１に第２センサ５１を有している。
信号処理部６１は、信号分離部７１と、信号補正部７２と、周波数復調部７３と、信号変換部６３１とを有している。
第１センサ４１は、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
第２センサ５１は、第１センサ４１が検出する脈動性信号以外の信号を検出し、信号処理部６１に出力するセンサである。
脈動性信号以外の情報として、例えば温度情報や湿度情報を挙げることができ、これらの脈動性信号以外の情報に起因する信号を、第２センサ５１で検出する。第２センサ５１で検出された信号について変換処理を行うことで、第２センサ５１で検出された脈動性信号以外の情報（以下、「第２センサ検出情報」ともいう）を得ることができる。
第２センサ５１で検出された信号は、信号処理部６１の信号変換部６３１において、第２センサ５１で検出された信号から、第２センサ検出情報を得る変換処理を行うことができる。なお、本変形例では、信号処理部６１が信号変換部６３１を有しているが、信号処理部６１が信号変換部６３１を有さずに、コンピュータ８１にて第２センサ５１で検出された信号から第２センサ検出情報を得る変換処理を行うようにしてもよい。
第２センサ５１の例としては、筐体部２１内の温度情報を検出する温度センサや、筐体部２１内の湿度情報を検出する湿度センサが挙げられる。
第２センサ５１の例としては、筐体部２１内の温度情報を検出する温度センサや、筐体部２１内の湿度情報を検出する湿度センサが挙げられる。
検体情報処理装置１は、信号処理部６１において第１センサ４１から得られた信号を、分離処理、補正処理、または抽出処理をする際に、第２センサ５１からの出力を、処理を行なう際の補正情報として使用することができる。例えば、第２センサ５１で温度情報の信号または湿度情報の信号を検出しておくことで、筺体部２１内部の空洞２３の温度又は湿度の変化が生じた際に、信号処理部６１において第１センサ４１で検出された脈動性信号の処理を行う際に、検体９１から発せられる圧力情報の伝播が温度や湿度に応じて変化することを加味して信号処理に修正を行うことが挙げられる。第２センサ５１からの出力としては、第２センサ５１で検出された信号を用いてもよく、信号変換部６３１において変換処理された第２センサ検出情報を用いてもよい。
検出される信号の強さを向上させ、Ｓ／Ｎ比を上げる観点からは、第２センサ５１を２つ以上設けて各センサの信号を加算したものを第２センサ５１からの出力信号とすることが好ましい。
第２センサ５１の設置位置は、特に限定されない。例えば第２センサ５１として温度センサや湿度センサを用いて、外部刺激供給源３１として光源を用いて外部刺激として光信号を供給する場合、通常、温度センサや湿度センサは光信号による影響が軽微であるため、筐体部２１内をセンシングしうる位置であれば、自由に設置することが出来る。例えば、図３６に示すように、第２センサ５１を筐体部２１の内部の、検体９１に対向する部位であって外部刺激供給源３１の近傍位置に設置してもよい。
本発明の第三実施形態の第一変形例の検体情報処理装置１は、検体９１に筐体２１の開口部２２を密着させることで空洞２３が閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）を形成する。この状態で、外部刺激供給源３１により検体９１の血管９３へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１が外部刺激信号の影響を受けた検体９１における検体情報処理装置１の装着部位付近に存在する血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９３の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部６１において、第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号を分離するとともに、脈動性信号出力から少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出し、脈動性信号出力含まれる呼吸信号を抽出するものである。さらに、第２センサ５１によって筐体部２１内の脈動性信号以外の信号を検出することが出来る。
［６−２．第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置の機能構成］
図１５に示した本発明の第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図４０に示すように、第三実施形態の情報処理装置１において、検体情報検出ユニット１１に第２センサ５１が設けられており、第２センサ５１によって検出された信号を信号変換部６３１を介して出力するように構成されている。
図１５に示した本発明の第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図４０に示すように、第三実施形態の情報処理装置１において、検体情報検出ユニット１１に第２センサ５１が設けられており、第２センサ５１によって検出された信号を信号変換部６３１を介して出力するように構成されている。
＜第２センサによって検出された信号の変換処理＞
第２センサ５１によって検出された脈動性信号以外の信号を変換処理する方法を、図４１を用いて説明する。
図４１に示すように、第２センサ５１によって得られた信号は、センサアンプ８１１、線形補正部８１２、電圧変換部８１３からなる信号変換部６３１によって変換処理することで、脈動性信号以外の情報（第２センサ検出情報）を得ることができる。
第２センサ５１によって検出された脈動性信号以外の信号を変換処理する方法を、図４１を用いて説明する。
図４１に示すように、第２センサ５１によって得られた信号は、センサアンプ８１１、線形補正部８１２、電圧変換部８１３からなる信号変換部６３１によって変換処理することで、脈動性信号以外の情報（第２センサ検出情報）を得ることができる。
まず、第２センサ５１によって、脈動性信号以外の信号は電圧信号として検出される。この電圧信号を、センサアンプ８１１によって増幅を行う。センサアンプとしては、例えばホイーストンブリッジ構成のセンサアンプを用いることができる。次に、線形補正部８１２によって、増幅後の電圧信号について、第２センサ５１の出力特性に応じて線形に補正する。さらに、電圧変換部８１３によって、線形補正後の電圧信号と、予め測定しておいた電圧値と脈動性信号以外の情報との関係を示すデータとの比較を行うことで、脈動性信号以外の信号から、脈動性信号以外の情報に変換される。
［６−２．第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置の効果］
本発明の第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置１によれば、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
本発明の第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置１によれば、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
さらには、本発明の第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置１によれば、第２センサ５１によって筺体部２１内部の脈動性信号以外の信号（第２センサ検出情報）を検出することができる。
また、信号処理部６１において、外部圧力信号を分離し、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出し、呼吸信号を抽出する際に、第２センサ５１によって検出される脈動性信号以外の信号（第２センサ検出情報）を補正情報として利用することで、検体９１に対して検出を行う筺体部２１の空洞２３内の状況に即して、外部圧力信号と、脈波波形と、呼吸信号との取得の精度を向上させることができる。
〔Ｂ２．第二変形例の説明〕
［７−１．第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置の構成例］
本発明の第二の変形例にかかる検体情報処理装置１は、例として図１６に示すように構成されている。ここでは、上述の第三実施形態に第二の変形例を適用したものを例示して説明する。
［７−１．第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置の構成例］
本発明の第二の変形例にかかる検体情報処理装置１は、例として図１６に示すように構成されている。ここでは、上述の第三実施形態に第二の変形例を適用したものを例示して説明する。
第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置１は、一部の構成を除いて上述の第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態検体情報処理装置１と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置１と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する
図１６に示すように、本発明の第三実施形態の第二の変形例にかかる検体情報処理装置１は、検体情報検出ユニット１１と信号処理部６１とをそなえて構成されており、信号処理部６１は、信号分離部７１と、信号補正部７２と、周波数復調部７３と、さらに信号解析部７４とを有している。
検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１は、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、筐体部２１における外部刺激供給源３１からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
信号解析部７４は、信号分離部７１によって分離された、脈動性信号に含まれる、外部刺激信号に応じて発生する外部信号に起因する圧力信号（外部圧力信号）から、血管９３の血液成分を分析して、分析結果を出力するものである。
例えば、外部刺激供給源３１として分析の対象となる物質の吸収波長に極大を有する光信号を供給するものを用いた場合、光音響法の手法を利用して、外部圧力信号を解析することにより、血管９３中の分析の対象となる物質の濃度の測定が可能となる。一例として、グルコース分子のＣ−Ｈ基やＯ−Ｈ基の吸収波長に極大を有する光信号を供給する光源を用いた場合、予め当該波長に極大を有する光信号を供給した場合の外部圧力信号と分析の対象となる物質の濃度との関係を明らかにしておくことで、分離された外部圧力信号からグルコース濃度を算出することができる。
本発明の第三実施形態の第二変形例にかかる例検体情報処理装置１は、検体９１に筐体２１の開口部２２を密着させることで空洞２３が閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）を形成する。この状態で、外部刺激供給源３１により検体９１の血管９３へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット１１の第１センサ４１が外部刺激信号の影響を受けた検体９１における検体情報処理装置１の装着部位付近に存在する血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９３の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部６１において、第１センサ４１によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号するとともに、脈動性信号出力から少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出し、脈動性信号出力含まれる呼吸信号を抽出するものである。さらに、信号解析部７４によって血管９３の血液成分を分析することができる。
［７−２．第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置の効果］
本発明の第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置１によれば、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
本発明の第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置１によれば、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、外部刺激信号による第１センサ４１への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第１センサ４１と血管９３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つ検体情報処理装置１を提供することができる。また、指向性を利用して、血管９３から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
さらには、本発明の第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置１によれば、外部圧力信号を分離し、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出し、呼吸信号を抽出するとともに、外部圧力信号から血管９３の血液成分を得ることが可能となり、検体９１の状態の診断にさらに役立てることができる。
（その他）
上記の第一変形例及び第二変形例の説明においては、第三実施形態の変形例を例示して説明したが、第一実施形態又は第二実施形態について、第一変形例又は第二変形例を適用してもよい。また、第一変形例及び第二変形例をともに組み合わせることも可能である。
上記の第一変形例及び第二変形例の説明においては、第三実施形態の変形例を例示して説明したが、第一実施形態又は第二実施形態について、第一変形例又は第二変形例を適用してもよい。また、第一変形例及び第二変形例をともに組み合わせることも可能である。
即ち、検体情報処理装置１が検体情報検出ユニット１１と信号処理部６１とをそなえて構成されており、検体情報検出ユニット１１が、筐体部２１と、外部刺激供給源３１と、第１センサ４１とを有し、信号処理部６１が、信号分離部７１と、周波数復調部７３とを有している場合において、検体情報検出ユニット１１が、さらに第２センサ５１を有するように構成してもよく、また、信号処理部６１が、さらに信号解析部７４を有するように構成してもよい。
また、検体情報処理装置１が検体情報検出ユニット１１と信号処理部６１とをそなえて構成されており、検体情報検出ユニット１１が、筐体部２１と、外部刺激供給源３１と、第１センサ４１とを有し、信号処理部６１が、信号分離部７１と、周波数復調部７３とを有している場合において、検体情報検出ユニット１１が、さらに第２センサ５１を有するように構成してもよく、また、信号処理部６１が、さらに信号解析部７４を有するように構成してもよい。
上記の説明においては、脈動性信号の処理を検体情報処理装置１が備えるアナログ回路による処理について説明したが、検体情報処理装置１がデジタル回路、例えばデジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」ともいう）を含む回路を備え、このデジタル回路により信号をデジタル処理する構成としても良い。また、検体情報検出ユニットにより検出された脈動性信号を、検体情報処理装置１の外部のＡ／Ｄコンバータを介してコンピュータ８１に出力し、ＣＰＵで信号を処理する構成としても良い。
１ 検体情報処理装置
１１ 検体情報検出ユニット
２１ 筺体部
２２ 開口部
２３ 空洞（Ｃａｖｉｔｙ）
２４ Ｏ−リング
２５ 筺体部の筺体
３１ 外部刺激供給源
４１ 第１センサ
４２ 圧力情報の取込部
４３ センサ素子
４４ 空気室
４５ 第１センサの筐体
５１ 第２センサ
６１ 信号処理部
７１ 信号分離部
７２ 信号補正部
７３ 周波数復調部
７４ 信号解析部
８１ コンピュータ
９１ 検体
９２ 皮膚
９３ 血管
１１ 検体情報検出ユニット
２１ 筺体部
２２ 開口部
２３ 空洞（Ｃａｖｉｔｙ）
２４ Ｏ−リング
２５ 筺体部の筺体
３１ 外部刺激供給源
４１ 第１センサ
４２ 圧力情報の取込部
４３ センサ素子
４４ 空気室
４５ 第１センサの筐体
５１ 第２センサ
６１ 信号処理部
７１ 信号分離部
７２ 信号補正部
７３ 周波数復調部
７４ 信号解析部
８１ コンピュータ
９１ 検体
９２ 皮膚
９３ 血管
Claims (15)
- 内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に３ｍｍから１０ｍｍの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第１センサとを有する検体情報検出ユニットと、
該検体情報検出ユニットの第１センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す信号補正部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置。 - 内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に３ｍｍから１０ｍｍの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第１センサとを有する検体情報検出ユニットと、
該検体情報検出ユニットの第１センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置。 - 内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に３ｍｍから１０ｍｍの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第１センサとを有する検体情報検出ユニットと、
該検体情報検出ユニットの第１センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す信号補正部と、該脈動性信号に周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置。 - 該周波数復調処理が、位相同期回路を利用する周波数復調処理である
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の検体情報処理装置。 - 該信号補正部が、該周波数補正処理によって、該脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行ない、該積分動作を行うことで該脈動性容積信号を得て、該増幅動作を行うことで該脈動性速度信号を得て、該微分動作を行うことで該脈動性加速度信号を得るように構成された
ことを特徴とする、請求項１または請求項３に記載の検体情報処理装置。 - 該外部刺激供給源が、パルス状に該外部刺激信号を発し、
該信号分離部が、該外部刺激信号が発せられたタイミングの該脈動性信号を取得して、該脈動性信号出力の脈波波形において、脈波のピーク位置を避けた位置の該脈動性信号から該外部圧力信号を分離することを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の検体情報処理装置。 - 該第１センサが複数個それぞれ、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる異なった複数の部位に設けられたことを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の検体情報処理装置。
- 該信号処理部が、上記の複数個の第１センサからの該脈動性信号出力を加算した信号に基づいて、上記の分離処理、補正処理、及び抽出処理を施すことを特徴とする、請求項７記載の検体情報処理装置。
- 該外部刺激供給源が、上記の筐体部における開口部に対向して設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体に該外部刺激信号としての光信号を供給する光源として構成され、
該第１センサが、該筐体部における該光源の配設位置から偏移した部位に、該脈動性信号に起因する音圧情報を検出するコンデンサマイクとして構成されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の検体情報処理装置。 - 該コンデンサマイクが、ＭＥＭＳ型ＥＣＭで構成されたことを特徴とする、請求項９記載の検体情報処理装置。
- 該筐体部に、該脈動性信号以外の信号を検出する第２センサが設けられたことを特徴とする、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の検体情報処理装置。
- 該第２センサが該筐体部内の温度情報を検出する温度センサとして構成されたことを特徴とする、請求項１１記載の検体情報処理装置。
- 該信号処理部が、該第２センサからの出力を処理を行なう際の補正情報として使用することを特徴とする、請求項１１または請求項１２に記載の検体情報処理装置。
- 該検体情報検出ユニットの移動に伴って変化する該第１センサからの出力レベルを検出するレベル検出部と、
該レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するレベル表示部とをそなえ、
該レベル表示部が該検体情報検出ユニットに設けられていることを特徴とする、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の検体情報処理装置。 - 該外部圧力信号から、該血管の血液成分を解析する信号解析部を有することを特徴とする、請求項１ないし１４記載の検体情報処理装置。
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