JP6679605B2 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、日本国特許出願２０１５−２０３０８１号（２０１５年１０月１４日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

本開示は、測定装置及び測定方法に関する。

従来、被検者（ユーザ）の耳珠を被検部位として生体測定出力を取得し、生体測定出力に基づいて血圧等の生体情報を測定する測定装置が知られている。例えば特許文献１及び特許文献２には、耳珠から生体測定出力を取得し、生体測定出力に基づいて被検者の血圧を測定する血圧測定装置が開示されている。生体測定出力に基づいて血圧を算出する方法として、例えば特許文献３には、ポアズイユの式を用いて血圧を算出する方法が開示されている。

特開２００８−１１４０３７号公報 特開２００６−２８８６４４号公報 特開２００４−１５４２３１号公報

本開示に係る測定装置は、第１センサと第２センサと制御部とを備える。前記第１センサは、測定対象に光を照射する第１発光部、および前記測定対象を透過した透過光を受光する第１受光部を有する。前記第２センサは、測定対象に光を照射する第２発光部、および前記測定対象で反射した反射光を受光する第２受光部を有する。前記制御部は、生体情報を算出する。前記測定装置は、前記第１センサの出力および前記第２センサの出力に基づいて、生体情報を算出するための補正係数を算出し、前記補正係数と前記第１センサの出力および前記第２センサの出力とに基づいて、前記生体情報を算出する。

また、本開示に係る測定方法は、測定対象に光を照射する第１発光部、および前記測定対象を透過した透過光を受光する第１受光部を有する第１センサ、および測定対象に光を照射する第２発光部、および前記測定対象で反射した反射光を受光する第２受光部を有する第２センサを準備するステップと、前記第１発光部が測定対象に光を照射するステップと、前記第１受光部が測定対象を透過した透過光を受光するステップと、前記第２発光部が測定対象に光を照射するステップと、前記第２受光部が測定対象で反射した反射光を受光するステップと、前記第１センサの出力および前記第２センサの出力に基づいて、生体情報を算出するための補正係数を算出するステップと、前記補正係数と、前記第１センサの出力および前記第２センサの出力とに基づいて、前記生体情報を算出するステップと、を含む。

本開示の一実施形態に係る測定装置を一方向から見た場合の外観斜視図である。 図１の測定装置を他の方向から見た場合の外観斜視図である。 図１の測定装置を装着した場合における、左耳での測定機構の保持状態を示す図である。 図３に示す保持状態を頭頂側から見た場合の図である。 図１の測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 制御部における補正係数算出処理の一例を示すフローチャートである。 血流を示す波形のうち脈動血流波高を模式的に示す図である。 制御部における血圧算出処理の一例を示すフローチャートである。 図１に示す測定装置にカバーが装着された状態を示す変形例の概略構成図である。 図９に示すカバーの概略図である。 図１に示す測定装置の変形例の概略図である。 図１に示す測定装置の変形例の概略斜視図である。 図１に示す測定装置の変形例の概略図である。

特許文献３に開示された算出方法によれば、最大血流量Ｑｍａｘと動脈径が最大の場合における血管抵抗Ｒｍｉｎを掛け合わせることにより収縮期血圧のＶｍａｘを算出する。そして、最小血流量Ｑｍｉｎと動脈径が最小の場合における血管抵抗Ｒｍａｘを掛け合わせることにより拡張期血圧のＶｍｉｎを算出している。これに対し、本開示の測定装置及び測定方法によれば、測定精度を向上可能である。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る測定装置を一方向から見た場合の外観斜視図である。図２は、図１の測定装置を他の方向から見た場合の外観斜視図である。具体的には、図２は、図１の外観斜視図の視点とは正反対の視点から見た場合の外観斜視図である。

測定装置１００は、保持部１１０と、測定機構１２０と、電源保持部１３０とを備える。保持部１１０は、被検者の頭部を左右から挟み込むことができるアーチ型の部材である。測定機構１２０は、保持部１１０の第１端１０１側に配置される。電源保持部１３０は、測定機構１２０が配置された第１端１０１側とは反対の第２端１０２側に配置される。また、測定装置１００は、第１端１０１側に、制御機構保持部１４０を備える。制御機構保持部１４０は、測定装置１００が備える各機能ブロックを制御する制御機構を保持する。測定装置１００が備える各機能ブロックの詳細については、図５の説明において詳述する。

被検者は、測定機構１２０を左耳に保持し、第２端１０２側に設けられた当接部１５０を右耳の上部に当接させ、保持部１１０が頭頂部を通るようにして、測定装置１００を装着する。当接部１５０は、保持部１１０に沿ってスライドさせることにより変位（伸縮）可能な機構によって、保持部１１０に取り付けられていてもよい。こうすることによって、被検者の頭部の大きさに応じて、第１端１０１から第２端１０２までの長さを変化させることができる。

被検者は、測定装置１００を装着した状態で、生体情報を測定する。例えば、測定装置１００は、左耳に接触している測定機構１２０により、生体測定出力を取得し、生体測定出力に基づいて、生体情報を測定（算出）してもよい。被検者は、測定装置１００を常時装着し、生体情報を常時測定させてもよい。一実施形態では、測定装置１００は、一例として、取得した生体測定出力に基づいて、血流量と動脈ヘモグロビン量とを算出し、算出した血流量と動脈ヘモグロビン量とに基づいて生体情報としての血圧を測定してもよい。なお、動脈ヘモグロビン量は、動脈を流れるヘモグロビン量を意味する。

電源保持部１３０は、測定装置１００の各機能ブロックに電力を供給する電源を保持する。電源保持部１３０が測定機構１２０とは反対側の第２端１０２側に設けられていることにより、被検者が測定装置１００を装着した際の左右の重量バランスが均一になりやすい。そのため、装着状態が安定して維持されやすい。

測定機構１２０は、被検部位に当接した状態で、被検部位から生体測定出力を取得する。測定機構１２０の詳細について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、被検者が図１の測定装置１００を装着した場合における、左耳での測定機構１２０の保持状態を示す図である。図４は、図３に示す保持状態を頭頂側から見た場合の図である。図４は、図３に示す左耳のＡ−Ａ断面図を含む。なお、測定機構１２０の理解を容易にするために、図３及び図４において、測定装置１００が備える測定機構１２０以外の構成要素については、図示を省略している。例えば、図１や図２に示されるように、図３に示されるフレーム部１２５の頭部上方側には、制御機構保持部１４０や保持部１１０が形成されているが、図３ではこれらを省略している。以下、本明細書において、頭頂側から見た場合を、上面視とも表現する。

測定機構１２０は、挿入部１２１と、押圧部１２２と、接触部１２３と、接続部１２４とを備える。

挿入部１２１は、被検者が測定装置１００を装着した際に、左耳の外耳道に挿入される。つまり、被検者は、測定装置１００を装着する際に、挿入部１２１が左耳の外耳道に挿入されるように、測定機構１２０を頭部に保持させて、測定装置１００を装着する。

押圧部１２２は、被検者が測定装置１００を装着した際、つまり挿入部１２１を外耳道に挿入した状態において、耳甲介に当接し、耳甲介を後頭部側に付勢する。耳甲介が後頭部側に付勢されることにより、耳珠の先端側が外耳道の反対方向、つまり顔面側に向かって、外耳道に沿った方向に立つ。これによって、接触部１２３により耳珠を挟み込みやすくなる。

接触部１２３は、凹型形状の部材である。接触部１２３は、２つの突出部１２３ａ及び１２３ｂを備える。突出部１２３ａは、被検者が測定装置１００を装着した際に後頭部側に位置する。突出部１２３ｂは、被検者が測定装置１００を装着した際に頭部の正面側に位置する。接触部１２３は、被検者が測定装置１００を装着した際に、２つの突出部１２３ａ及び１２３ｂの間に形成された凹型の窪んだ部分で耳珠を挟み込むようにして、耳珠に接触する。突出部１２３ａの先端側、つまり被検者が測定装置１００を装着した際に頭部側に位置する側には、挿入部１２１が固定されている。先端側と反対の基端側には、接続部１２４に接続されている。つまり、押圧部１２２と接触部１２３とは、接続部１２４を介して接続されている。

接触部１２３は、生体測定出力を光学的に取得するためのセンサを備える。一実施形態では、接触部１２３は、反射型センサ１６０と、透過型センサ１７０とを備える。反射型センサ１６０は、発光部及び受光部の双方が突出部１２３ａに配置される。透過型センサ１７０は、発光部及び受光部がそれぞれ突出部１２３ａ及び１２３ｂに配置される。接触部１２３における反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０の位置は、図４に仮想的に点線で示されている。実際には、反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０は、接触部１２３の内部に搭載されている。

反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０は、被検者の耳珠（被検部位）において生体測定出力を取得する。反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０による生体測定出力の取得方法の詳細については、後述する。

接続部１２４は、押圧部１２２と接触部１２３とを接続する。一実施形態では、図３及び図４に示すように、接触部１２３は、基端側において接続部１２４と直接接続される。一実施形態では、図３及び図４に示すように、押圧部１２２は、測定装置１００の第１端１０１側のフレーム部１２５を介して接続部１２４と接続されている。接続部１２４は、押圧部１２２と接触部１２３との相対的位置関係を変化させることが可能な可動部材により構成されている。一実施形態では、接続部１２４は、例えばゴム等の弾性部材で構成されている。接続部１２４は、押圧部１２２と接触部１２３との相対的位置関係を変化させることが可能な材料によって構成されていてもよい。接続部１２４の材料として、例えば、ばね、樹脂、プラスチック、布、繊維等を使用することができる。接続部１２４は、機械的な構造によって、押圧部１２２と接触部１２３との相対的位置関係を変化させることが可能に構成されていてもよい。機械的な構造として、例えば、歯車等を用いて接続部１２４が可動する機構等とすることができる。

接触部１２３は、接続部１２４により、フレーム部１２５に対して変位可能になっている。接触部１２３がフレーム部１２５に対して変位することによって、押圧部１２２と、接触部１２３との相対的位置関係が変化する。このような接続部１２４の構成により接触部１２３がフレーム部１２５に対して変位する。そのため、耳の形状、特に耳甲介と耳珠との位置関係に関わらず、接触部１２３は、耳珠を挟み込むようにして耳珠に接触しやすくなる。図４に示される例では、接触部１２３は、接続部１２４が形成されているフレーム部１２５が有する平面部１２５ａの垂線に対して、約３０°後頭部方向に傾斜している。

また、図３に示されるようにフレーム部１２５は、測定装置１００を耳に装着した場合に外耳道外側方向に面する平面部１２５ａを有する。フレーム部１２５の平面部１２５ａの反対面１２５ｂ側の面の略中央に対応する位置に接続部１２４が形成されている。測定装置１００を耳に装着していない状態では、接続部１２４が変形していないため、このフレーム部１２５の平面部１２５ａの反対面１２５ｂに対して略垂直方向に向かって、接続部１２４が形成されている。フレーム部１２５により、ユーザは、測定装置１００を耳に装着する場合に、接続部１２４の位置を把握しやすくなる。そのため、ユーザは、接続部１２４の先に形成されている挿入部１２１の外耳道への挿入や、接触部１２３の耳珠への装着を容易に行うことができる。

図５は、測定装置１００の概略構成を示す機能ブロック図である。測定装置１００は、反射型センサ１６０と、透過型センサ１７０と、制御部１８０と、記憶部１９０と、入力部２００と、表示部２１０とを備える。反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０は、上述のように接触部１２３の内部に搭載される。また、制御部１８０及び記憶部１９０は、制御機構保持部１４０に搭載される。入力部２００及び表示部２１０は、例えば電源保持部１３０又は制御機構保持部１４０に搭載される。

制御部１８０は、測定装置１００の各機能ブロックをはじめとして、測定装置１００の全体を制御及び管理するプロセッサである。制御部１８０は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサで構成される。かかるプログラムは、例えば記憶部１９０、又は測定装置１００に接続された外部の記憶媒体等に格納される。

制御部１８０は、反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０が取得した生体測定出力に基づいて、生体情報である血圧を測定する。制御部１８０が実行する血圧を算出する処理の詳細については、後述する。

反射型センサ１６０は、耳珠に測定光を照射して耳珠内部の組織からの反射光（散乱光）を取得し、取得した散乱光の光電変換信号を、生体測定出力として制御部１８０に送信する。反射型センサ１６０は、発光部１６１及び受光部１６２を備える。

発光部１６１は、制御部１８０の制御に基づいてレーザ光を射出する。発光部１６１は、例えば、血液中に含まれる所定の成分を検出可能な波長のレーザ光を、測定光として被検部位に照射するもので、例えば１つのＬＤ（レーザダイオード：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）により構成される。

受光部１６２は、生体情報として、被検部位からの測定光の散乱光を受光する。受光部１６２は、例えば、ＰＤ（フォトダイオード：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）により構成される。反射型センサ１６０は、受光部１６２において受光した散乱光の光電変換信号を、生体測定出力として、制御部１８０に送信する。

制御部１８０は、反射型センサ１６０から受信した生体測定出力に基づいて、被検部位における血流量を算出する。ここで、制御部１８０による、ドップラーシフトを利用した血流量測定技術について説明する。

生体の組織内において、動いている血球から散乱された散乱光は、血液中の血球の移動速度に比例したドップラー効果による周波数シフト（ドップラーシフト）を受ける。制御部１８０は、静止した組織からの散乱光と、動いている血球からの散乱光との光の干渉によって生じるうなり信号（ビート信号ともいう）を検出する。うなり信号は、強度を時間の関数として表したものである。制御部１８０は、うなり信号を、パワーを周波数の関数として表したパワースペクトルにする。うなり信号のパワースペクトルでは、ドップラーシフト周波数は血球の速度に比例する。また、うなり信号のパワースペクトルでは、パワーは血球の量に対応する。制御部１８０は、うなり信号のパワースペクトルに周波数をかけて積分することにより血流量を求める。

透過型センサ１７０は、耳珠に測定光を照射して耳珠内部の組織を透過した透過光を取得し、取得した透過光の光電変換信号を、生体測定出力として制御部１８０に送信する。透過型センサ１７０は、発光部１７１及び受光部１７２を備える。

発光部１７１は、制御部１８０の制御に基づいてレーザ光を射出する。発光部１７１は、例えば、血液中に含まれる所定の成分を検出可能な波長のレーザ光を、測定光として被検部位に照射する。発光部１７１は、例えばＬＤ（レーザダイオード：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）により構成される。

受光部１７２は、生体情報として、被検部位からの測定光の透過光を受光する。受光部１７２は、例えば、ＰＤ（フォトダイオード：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）により構成される。透過型センサ１７０は、受光部１７２において受光した透過光の光電変換信号を、生体測定出力として、制御部１８０に送信する。

一実施形態では、透過型センサ１７０は、２つの異なる波長のレーザ光を被検部位に照射するために、ＬＤを２つ備える。例えば、発光部１７１は、波長が約６６０ｎｍのレーザ光を照射するＬＤと、波長が約９４０ｎｍのレーザ光を照射するＬＤとを備える。

組織及び静脈に存在する静脈ヘモグロビンと、動脈ヘモグロビンとの約９４０ｎｍの波長域の光に対する吸光度は、ほとんど等しい。一方、約６６０ｎｍの波長域の光に対する吸光度は、動脈ヘモグロビンと比較して静脈ヘモグロビンの方が高い。約９４０ｎｍのレーザ光を被検部位に照射した場合、ヘモグロビンによって吸収されずに生体を透過して受光部１７２に受光された透過光の受光強度が取得される。約６６０ｎｍのレーザ光を被検部位に照射した場合、ヘモグロビンによって吸収されずに生体を透過して受光部１７２に受光された透過光の受光強度が取得される。これらの受光強度を比較することによって、その受光強度の差分（若しくは吸光度の差分）から、動脈ヘモグロビン量が推定できる。制御部１８０は、このようにして、動脈ヘモグロビン量を算出する。つまり、制御部１８０は、吸光度が動脈ヘモグロビン量に比例することを前提としている。吸光度は、絶対値としての動脈ヘモグロビン量を表しているわけではなく、あくまで相対的な指標として利用される。

測定装置１００は、２つの異なる波長のレーザ光を照射するＬＤを備えることにより、動脈のみにレーザ光を照射して動脈ヘモグロビン量を測定するという実質的に困難な方法によらずに、高い精度で動脈ヘモグロビン量を算出することができる。

記憶部１９０は、半導体メモリ又は磁気メモリ等で構成されることができ、各種情報や測定装置１００を動作させるためのプログラム等を記憶する。記憶部１９０は、ワークメモリとしても機能してもよい。記憶部１９０は、例えば、反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０がそれぞれ取得した生体測定出力に基づいて制御部１８０が算出した血流量及び動脈ヘモグロビン量を記憶する。また、記憶部１９０は、制御部１８０が血流量及び動脈ヘモグロビン量に基づいて測定した血圧を記憶する。さらに、記憶部１９０は、被検者が入力部２００から入力した、基準血圧値を記憶する。基準血圧値は、制御部１８０が血圧を算出するにあたり基準となる拡張期血圧及び収縮期血圧である。基準血圧値は、例えばユーザが、測定装置１００を使用して血圧の測定を行う前に、周知のカフを使用して上腕で血圧を測定する上腕式血圧計を使用して測定する。

入力部２００は、被検者からの操作入力を受け付けるものである。入力部２００は、例えば、操作ボタン（操作キー）から構成される。入力部２００をタッチパネルにより構成し、表示部２１０の一部に被検者からの操作入力を受け付ける操作キーを表示して、被検者によるタッチ操作入力を受け付けてもよい。

表示部２１０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。表示部２１０は、例えば、測定装置１００による生体情報の測定結果を表示する。表示部２１０は、例えば７セグメントディスプレイにより測定結果を表示できる。

次に、制御部１８０が、算出した血流量及び動脈ヘモグロビン量に基づいて、血圧を算出する処理の詳細について説明する。

制御部１８０は、まず、血圧の算出時に使用する補正係数を算出する。制御部１８０が行う補正係数算出処理の一例について、図６を示すフローチャートを参照して説明する。フローの開始にあたり、被検者は、入力部２００を使用して基準血圧値を入力し、測定装置１００を頭部に装着する。被検者は、測定装置１００を頭部に装着した状態で、基準血圧値を入力してもよい。図６に示される処理はキャリブレーションとしての処理であり、補正係数ｍ´と補正係数θ´とを算出する際のフローチャートである。補正係数ｍ´と補正係数θ´については後述する。

制御部１８０は、被検者により入力部２００から入力された、上腕カフ式血圧計を使用して測定した基準血圧値を、記憶部１９０に記憶させる（ステップＳ１０１）。

次に、制御部１８０は、反射型センサ１６０の受光部１６２から、反射型センサ１６０が測定した生体測定出力を取得する（ステップＳ１０２）。

制御部１８０は、ステップＳ１０２で取得した生体測定出力に基づいて、血流量を算出する（ステップＳ１０３）。

制御部１８０は、透過型センサ１７０の受光部１７２から、透過型センサ１７０が測定した生体測定出力を取得する（ステップＳ１０４）。

制御部１８０は、ステップＳ１０４で取得した生体測定出力に基づいて、動脈ヘモグロビン量を算出する（ステップＳ１０５）。

制御部１８０は、ステップＳ１０２からステップＳ１０５を、必ずしも図６に記載した順序で実行しなくてもよい。制御部１８０は、例えば、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３と、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５とを、同時に平行して処理してもよい。

次に、制御部１８０は、反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０からそれぞれ取得した生体測定出力にノイズが含まれるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。制御部１８０は、例えば、ステップＳ１０３で算出した血流量の時間変化の周期と、ステップＳ１０５で算出した動脈ヘモグロビン量の時間変化の周期とが一致するか否かに基づいて、生体測定出力にノイズが含まれるか否かを判断する。制御部１８０は、血流量と動脈ヘモグロビン量とが、同様の時間変化の周期を示している場合、生体測定出力にノイズが含まれないと判断する。一方、制御部１８０は、血流量と動脈ヘモグロビン量とが、それぞれ異なる時間変化の周期を示している場合、生体測定出力にノイズが含まれると判断する。

制御部１８０は、生体測定出力にノイズが含まれていると判断した場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、再度ステップＳ１０２からステップＳ１０５を実行する。

制御部１８０は、生体測定出力にノイズが含まれていないと判断した場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、補正係数を算出する（ステップＳ１０７）。このようにして補正係数算出処理のフローを終了する。

ここで、制御部１８０がステップＳ１０７で実行する補正係数の算出方法の詳細について説明する。制御部１８０は、ステップＳ１０１で記憶部１９０に記憶させた基準血圧値と、算出した血流量及び動脈ヘモグロビン量とに基づいて補正係数を算出する。

［拡張期血圧ＤＢＰの測定について］
まず、任意の時間ｉにおける拡張期血圧ＤＢＰｉを算出するために使用される補正係数（定数）ｍ´の算出方法について説明する。ここで、補正係数を算出する時間ｉをｉ＝０とする。補正係数ｍ´とは、下記の式（１４）に示されるように、時間ｉの拡張期血圧ＤＢＰｉを表す際の、平均血流量Ｑと、動脈ヘモグロビン量の比（Ｓ０／Ｓｉ）の積の比例係数（定数）である。ここで、Ｓｉは時間ｉの動脈ヘモグロビン量である。また、Ｓ０は補正係数を算出した際の動脈ヘモグロビン量である。すなわち、個人差やセンサの個別の状況等の様々な要因により、平均血流量Ｑと、動脈ヘモグロビン量の比（Ｓ０／Ｓｉ）の積をそのまま用いたのでは、この積が拡張期血圧ＤＢＰｉを正確には示していない場合がある。そこで、まずは、例えば聴診法（コロトコフ法）、若しくはオシロメトリック法を用いた上腕カフを用いてｉ＝０の時間での拡張期血圧ＤＢＰを測定する。これにより、ｉ＝０において測定した際の平均血流量Ｑと、動脈ヘモグロビン量の比（Ｓ０／Ｓｉ）の積を示す値を、本実施形態の測定装置１００で測定することにより、補正係数ｍ´を決定する。この補正係数ｍ´は、個人毎や測定装置１００毎等の各種条件により異なる可能性があるため、測定当初の時点においてｍ´を決定するための処理が必要となる。なお、ｉ＝０の時間での拡張期血圧ＤＢＰｉの測定方法は、上記上腕カフを用いた方法以外であっても、その他適宜な方法であってよい。

制御部１８０による定数ｍ´の算出において使用される数式は、以下の式（１）から式（３）である。

上記式（１）から式（３）において、Ｐ、Ｑ、Ｒ、ＤＢＰ、ＳＢＰ、並びにａ及びｂは、それぞれ平均血圧、平均血流量、血管抵抗、拡張期血圧、収縮期血圧、及び定数である。式（１）から式（３）より、式（４）が導かれる。

ここで、式（４）において、２／３＋ａ／３＝ｍ（定数）と置き換える。また、式（４）において、通常ｂの値は５〜１５ｍｍＨｇ程度である。そのため、ｂ／３は２〜５ｍｍＨｇ程度となる。ｂは個人毎に固有の定数であり、ｂ／３が２〜５ｍｍＨｇ程度であれば、式（１４）にて求めるｍ´に含めることが出来ると考えられるため、

と近似できる。従って、上記式（４）は、式（５）のように変形できる。

式（５）を変形すると、式（６）が導かれる。

ここで、平均血流量Ｑは、平均血流速度Ｖと、動脈半径ｒとを用いて、式（７）のようにも表すことができる。

また、血管抵抗Ｒは、ポアズイユの法則より、血液の粘度μと、動脈半径ｒと、血管長Ｌとを用いて、式（８）のように表される。

式（１）、式（７）及び式（８）を変形すると、以下の式（９）が得られる。

式（９）において、Ｓは動脈断面積πｒ^２であり、動脈ヘモグロビン量に比例する値である。また、Ｃは８μＬπを示す定数である。式（９）より、式（１０）が導かれる。

式（６）及び式（１０）より、下記の式（１１）が導かれる。

上述のように、Ｓは動脈断面積であり、動脈ヘモグロビン量に比例する。一実施形態では、測定装置１００は、透過型センサ１７０が取得した生体測定出力としての吸光度を、動脈ヘモグロビン量を示すものとして利用する。以下の説明では説明を分かりやすくするために、動脈断面積を示すＳを動脈ヘモグロビン量であるとも記す。従って、任意の時間ｉにおける拡張期血圧ＤＢＰｉは、初期の動脈ヘモグロビン量Ｓ０と、任意の時間ｉにおける動脈ヘモグロビン量Ｓｉとを用いて、式（１１）のＳをＳ０からＳｉの変化率に置き換えると、以下の式（１２）のように表される。なお、初期の動脈ヘモグロビン量Ｓ０は、制御部１８０が補正係数を算出した時における、透過型センサ１７０が取得した生体測定出力（吸光度）に基づいて制御部１８０算出した動脈ヘモグロビン量である。また、任意の時間ｉにおける動脈ヘモグロビン量Ｓｉは、時間ｉにおける、透過型センサ１７０が取得した生体測定出力（吸光度）に基づいて制御部１８０が算出した動脈ヘモグロビン量である。

ここで、血流速度Ｖの定義Ｖ＝Ｑ／Ｓより、平均血流速度Ｖは平均血流量Ｑに比例するため、式（１２）は、下記の式（１３）のように変形できる。

上記式（１３）において、補正係数算出時、つまりＳｉ＝Ｓ０の場合の定数ｍに対応するものがｍ´である。定数ｍ´は、記憶部１９０に記憶された基準血圧値の拡張期血圧ＤＢＰと、制御部１８０が算出した平均血流量Ｑとに基づいて、式（１３）より定まる。従って、任意の時間ｉにおける拡張期血圧ＤＢＰｉは、算出される定数ｍ´を用いて次の式（１４）のように表わされる。

［収縮期血圧ＳＢＰｉの測定について］
次に、任意の時間ｉにおける収縮期血圧ＳＢＰｉを算出するために使用される補正係数（定数）θ´の算出方法について説明する。補正係数θ´とは、下記の式（２４）に示されるように、時間ｉの収縮期血圧ＳＢＰを表す際の、脈動血流波高ｑｐｐに対する比例係数（定数）である。すなわち、個人差やセンサの個別の状況等の様々な要因により、脈動血流波高ｑｐｐをそのまま用いたのでは、収縮期血圧ＳＢＰｉが正確に示されていない場合がある。そこで、まずは、カフを用いて収縮期血圧ＳＢＰを測定し、この測定の際の、基準血圧値の拡張期血圧ＤＢＰと、定数ｍ´と、脈動血流波高ｑｐｐとを本実施形態の測定装置１００で測定することにより、補正係数θ´を決定する。すなわち、この補正係数θ´は、個人毎や測定装置１００毎等の各種条件により異なる可能性があるため、測定当初の時点においてθ´を決定するための処理が必要となる。

制御部１８０による定数θ´の算出において使用される数式は、以下の式（１５）から式（１８）である。

式（１５）から式（１８）において、ｑｐｐ、ＰＰ及びＭＢＰは、それぞれ脈動血流波高、脈圧及び平均脈圧である。なお、脈圧とは、収縮期血圧（最大血圧）と拡張期血圧（最小血圧）との差である。平均血圧とは、収縮時血圧（最高血圧）と拡張期血圧（最低血圧）から求められる、動脈にかかる血圧の平均値をいう。脈動血流波高ｑｐｐは、一例として図７に模式的に示すように、１回の脈拍における血流量の最大の差分である。脈動血流波高ｑｐｐは、反射型センサ１６０から取得した生体測定出力に基づいて制御部１８０が算出した血流量から導かれる。ＳＶは１回の脈拍における拍出量（Ｓｔｒｏｋｅ Ｖｏｌｕｍｅ）である。ＨＲは心拍数（Ｈｅａｒｔ Ｒａｔｅ）であり、Ｒｏｆｆは血管の収縮期に動脈から流出する血流量（Ｒｕｎ ｏｆｆ ｉｎ ｓｙｓｔｏｌｅ）である。Ｅは脈拍弾性率である。

式（１５）及び式（１６）より、式（１９）が導かれる。

式（１７）及び式（１９）より、式（２０）が導かれる。

また、式（１８）を変形すると、式（２１）のように表される。

式（２０）を式（２１）に代入して整理すると、式（２２）が導かれる。

式（６）及び式（２２）より、θ＝２Ｅ／３とすると、式（２３）が導かれる。

式（２３）において、基準血圧値の拡張期血圧ＤＢＰ及び収縮期血圧ＳＢＰ、上記算出したｍ´並びに脈動血流波高ｑｐｐを代入して算出した場合のθに対応するものが補正係数θ´である。脈動血流波高ｑｐｐは、反射型センサ１６０から取得した生体測定出力に基づいて制御部１８０が算出した血流量から算出される。このようにして算出された定数θ´を用いて、任意の時間ｉにおける収縮期血圧ＳＢＰｉは、次の式（２４）のように表される。なお、式（２４）において、ｑｐｐｉは時間ｉにおける脈動血流波高である。

制御部１８０は、算出した補正係数ｍ´及びθ´を用いて、式（１４）及び式（２４）に基づき、任意の時間ｉにおける被検者の拡張期血圧ＤＢＰｉ及び収縮期血圧ＳＢＰｉを算出する。

［血圧の算出処理の一例］
次に、制御部１８０による被検者の血圧の算出処理の一例について、図８を示すフローチャートを参照して説明する。制御部１８０は、任意の拍数の生体測定出力に基づいて、血圧の算出処理を行うことができる。制御部１８０は、例えば、５拍分の生体測定出力に基づき、図８に示すフローによって血圧の算出処理を行う。制御部１８０は、例えば算出した血流量の周期に基づいて、脈拍５拍を決定する。

まず、制御部１８０は、図６のステップＳ１０２及びステップＳ１０３と同様にして、反射型センサ１６０から５拍分の生体測定出力を取得し（ステップＳ２０１）、生体測定出力に基づいて血流量を算出する（ステップＳ２０２）。

また、制御部１８０は、図６のステップＳ１０４及びステップＳ１０５と同様にして、透過型センサ１７０から５拍分の生体測定出力を取得し（ステップＳ２０３）、生体測定出力に基づいて動脈ヘモグロビン量を算出する（ステップＳ２０４）。

制御部１８０は、図６のステップＳ１０６と同様にして、反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０からそれぞれ取得した生体測定出力にノイズが含まれるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。

制御部１８０は、生体測定出力にノイズが含まれていると判断した場合（ステップＳ２０５のＹｅｓ）、取得した生体測定出力のデータを破棄（消去）する（ステップＳ２０６）。そして、制御部１８０は、再度ステップＳ２０１からステップＳ２０４を実行する。

制御部１８０は、生体測定出力にノイズが含まれていないと判断した場合（ステップＳ２０５のＮｏ）、算出した補正係数ｍ´及びθ´を用いて、式（１４）及び式（２４）に基づき、被検者の血圧を算出する（ステップＳ２０７）。

制御部１８０は、算出した被検者の血圧を記憶部１９０に記憶させることにより保存する（ステップＳ２０８）。

制御部１８０は、図８に示すフローを繰り返すことにより、被検者の血圧に関するデータを蓄積する。蓄積されたデータにより、被検者及び医師等は、被検者の血圧の変化を知ることができる。

以上説明したように、一実施形態に係る測定装置１００は、被検者により入力された被検者の基準血圧値と、算出した血流量及び動脈ヘモグロビン量とに基づいて補正係数を算出する。そして測定装置１００は、算出した補正係数と、センサから取得した生体測定出力とに基づいて生体情報を算出する。そのため、測定装置１００は、従来の測定装置と比較して、算出される生体情報の信頼性及び測定精度が高まる。

また、測定装置１００は、反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０のそれぞれが取得した生体測定出力に基づき、取得した生体測定出力にノイズが含まれるか否かを判断する。測定装置１００は、生体測定出力にノイズが含まれると判断した場合には、この生体測定出力を使用せず、再度生体測定出力を取得しなおすため、測定される生体情報の信頼性及び測定精度が高まる。

また、測定装置１００は、透過型センサ１７０において、２つの異なる波長のレーザ光を被検部位に照射する。そのため、受光部１７２に受光された透過光の受光強度を比較することによって、その差分から、動脈ヘモグロビン量が推定できる。このように動脈ヘモグロビン量を推定することにより、測定装置１００は、従来の測定装置と比較して、動脈ヘモグロビン量の推定精度が高まる。

また、測定装置１００によれば、被検者が測定装置１００を装着した際に、押圧部１２２により耳甲介が後頭部側に付勢され、その結果耳珠が頭部の外側に向く。そのため、測定装置１００によれば、被検者の耳の形状によらず、接触部１２３により耳珠を挟み込みやすくなる。このようにして、測定装置１００の有用性が高まる。

また、測定装置１００の接触部１２３と押圧部１２２とは、可動部材により構成される接続部１２４を介して接続される。接続部１２４により、接触部１２３がフレーム部１２５に対して変位することにより、押圧部１２２と接触部１２３との相対的な位置関係が変化する。そのため、被検者の耳の形状によらず、接触部１２３は耳珠に接触しやすくなる。

また、測定装置１００は、被検者の頭部を左右から挟み込むことができるアーチ型の保持部１１０を備える。そのため、被検者が測定装置１００を装着した際に、測定装置１００は被検者の頭部を左右から側圧をかけて保持する。これにより、接触部１２３を耳珠に固定しやすくなる。

また、測定装置１００において、電源保持部１３０は測定機構１２０とは反対側の第２端１０２側に設けられている。これにより、被検者が測定装置１００を装着した際の左右の重量バランスが均一になりやすくなり、装着状態を安定して維持しやすくなる。

なお、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、図９に示されるように、測定装置１００は、接触部１２３の突出部１２３ｂに、カバー９０１を備えていてもよい。図９は、図１に示される測定装置１００にカバー９０１が装着された状態を示す変形例の概略構成図である。カバー９０１は、透過型センサ１７０による生体測定出力の取得を妨げないように、透過型センサ１７０から射出される光線を透過可能な材料により構成してもよい。カバー９０１は、突出部１２３ｂに着脱可能であるとしてよい。

図９に示されるカバー９０１について、図１０を参照してさらに説明する。図１０（ａ）は、図９に示されるカバー９０１の概略図である。図１０（ａ）に示されるように、このカバー１００１は、突出部１２３ｂに挿入される穴部１００３を有し、例えば、樹脂、プラスチック等の材料により形成されるとしてよい。測定装置１００は、突出部１２３ｂにカバー１００１が着脱することにより、突出部１２３ｂの厚さが変化する。このように突出部１２３ｂの厚さを変化させることにより、被検者は、耳珠の形状及び厚さに合わせて、接触部１２３の耳珠に対する接触強度を調整できる。特に、カバー１００１が複数種類存在する場合には、被検者は、カバー１００１を選択して、自らの耳珠の形状及び厚さに最も適した接触強度で接触部１２３を耳珠に接触されることができる。なお、適切な接触強度は、例えば、生体情報の測定精度が高くなる接触強度、被検者が測定装置１００の装着状態に違和感を覚えにくい接触強度、及び耳珠と接触部１２３との位置関係が変化しにくい接触強度等を意味する。

図１０（ｂ）に示されるように、上記のカバー１００５は、透過型センサ１７０による生体測定出力の取得を妨げないように、接触部１２３に装着された状態で、透過型センサ１７０を外部に露出してもよい。すなわち、カバー１００５は、耳珠側に透過型センサ１７０を露出させるための開口部１００７を有するとしてもよい。

図１１に示されるように、挿入部１２１は、外耳道に挿入された状態において、外耳道を蓋う蓋部１１０１を備えていてもよい。図１１は、図１に示される測定装置１００の変形例の概略図である。蓋部１１０１を備えることにより、挿入部１２１の蓋部が外耳道の表面と接触し、挿入部１２１が、より安定して外耳道に挿入された状態を実現できる。なお、蓋部１１０１は、被検者が聞く周囲からの音を妨げないように、例えば、スポンジ、ゴム、布、プラスチック、樹脂等の音を通しやすい素材により構成されてもよい。

測定装置１００は、接触部１２３が耳珠に接触した状態において、センサに入射する外光を遮光する遮光部を備えていてもよい。図１２は、図１に示す測定装置１００の変形例の概略斜視図である。例えば図１２に示すように、遮光部１２０１は、挿入部１２１や接触部１２３の反射型センサ１６０、透過型センサ１７０と共に耳介全体を覆う、布、プラスチック又は樹脂等の材料で形成された耳あてであってよい。

図１３は、図１に示す測定装置１００の変形例の概略図であり、図１２に示す遮光部１２０１とは異なる形態の遮光部を示す図である。例えば図１３（ａ）に示すように、遮光部１３０１は、頭部前面方向（顔方向）から反射型センサ１６０及び透過型センサ１７０に入射する光を遮るために、接触部１２３の頭部前面方向（顔方向）側に形成されていてもよい。遮光部１３０３は、例えば図１３（ｂ）に示すように、接触部１２３の頭部上方向から反射型センサ１６０、透過型センサ１７０に入射する光を遮るために、接触部１２３の頭部上方向側に形成されていてもよい。遮光部１３０１及び１３０３は、例えばプラスチックや樹脂等で形成された遮蔽板であってよい。

測定装置１００は、遮光部１２０１、１３０１又は１３０３を有することにより、センサに入射する外光を遮光できるため、外光に起因して発生し得る生体測定出力の取得時のノイズを除去しやすくなる。なお遮光部は、図１２及び図１３に示す遮光部１２０１、１３０１及び１３０３を任意に組み合わせたものであってもよい。

測定装置１００は、第１端１０１及び第２端１０２を重力方向下方に向けた状態において、第１端１０１及び第２端１０２にかかる重力方向下方の力が略等しくなるように、測定装置１００の重さが調整されているとしてもよい。このようにすれば、測定装置１００を人の頭部に装着した場合に第１端１０１及び第２端１０２への重力方向下方の力がほぼ等しくなり、測定装置１００の頭部への装着性能が向上する。

上記実施形態の測定装置１００は、被検者の頭部を左右から挟み込めるアーチ型の保持部１１０と、第１端１０１側に配置された測定機構１２０と、第１端１０１側とは反対の第２端１０２側に配置された電源保持部１３０とを備えるものとした。しかし、本発明の態様はこれに限定されない。例えば、左右のどちらかの耳の一方のみの耳介部分に装着される装着部を有する測定機構１２０とすることにより、頭部に装着される測定装置としてもよい。すなわち、上記実施形態の測定装置１００における図１に示されるような保持部１１０が無い構造であってもよい。このような構造の場合、図１に示されるような保持部１１０が無いことにより、装置全体の重さが軽くなると共に、ユーザの髪型が崩れないため利便性が向上する。

また、上記実施形態の測定装置１００において、測定機構１２０、電源保持部１３０又は制御機構保持部１４０が、防水構造や防塵構造であるとしてもよい。この場合、例えば雨の日でも測定装置１００が利用可能となる等、測定装置１００の使用機会を向上することができ、利便性が向上する。

上記実施形態の測定装置１００において、有線若しくは無線又はこれらの組み合わせによる通信機能を有しているとしてもよい。有線の通信機能としては、ＵＳＢやＬＡＮ等でよい。無線の通信機能としては、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ワイヤレスＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）又は赤外線通信等であってよい。このような通信機能を搭載することにより、測定装置１００は、例えば、外部の操作端末から操作や制御されることが可能となったり、測定した各種の情報を外部の装置に送信することが可能となったりする。

上記実施形態の測定装置１００は、血流量や動脈ヘモグロビン量を生体情報として測定しているが、これらの生体情報以外の生体情報を測定するようにしてもよい。測定装置１００が取得する生体情報によって、測定装置１００は、例えば、体温センサ、脈波センサ、振動センサ、音センサ、湿度センサ、高度センサ、方位センサ、位置センサ、明るさセンサ等の各種センサを適宜組み合わせて搭載していてもよい。

上記実施形態の測定装置１００においては、組み込まれた電源保持部１３０を有している。しかし、測定装置１００の電源としては、測定装置１００とは別の筐体に電源を別に設け、有線又は無線により電源からの電力を測定装置１００の各部に供給するものとしてもよい。

上記実施形態では、測定装置１００が備える制御部１８０が、センサが取得した生体測定出力に基づいて生体情報を生成すると説明したが、生体情報の生成は、測定装置１００が備える制御部１８０が行う場合に限られない。例えば、測定装置１００と、有線若しくは無線又はこれらの組み合わせからなるネットワークで接続されたサーバ装置が、制御部１８０に相当する機能部を備え、生体情報の生成は、この機能部を有するサーバ装置で行われてもよい。この場合、測定装置１００は、センサが取得した生体測定出力を、別途備える通信部からサーバ装置に送信する。サーバ装置は、生体情報出力に基づいて生体情報を算出し、算出した生体情報を、記憶部に記憶する。このように、サーバ装置が生体情報を算出し、生体情報を記憶する場合、図１に示す全ての機能部を１つの測定装置１００上で実現する場合に比べて、測定装置１００の小型化等を実現することができる。

１００ 測定装置
１０１ 第１端
１０２ 第２端
１１０ 保持部
１２０ 測定機構
１２１ 挿入部
１２２ 押圧部
１２３ 接触部
１２３ａ、１２３ｂ 突出部
１２４ 接続部
１２５ フレーム部
１２５ａ 平面部
１２５ｂ 反対面
１３０ 電源保持部
１４０ 制御機構保持部
１５０ 当接部
１６０ 反射型センサ
１６１、１７１ 発光部
１６２、１７２ 受光部
１７０ 透過型センサ
１８０ 制御部
１９０ 記憶部
２００ 入力部
２１０ 表示部
９０１、１００１、１００５ カバー
１１０１ 蓋部
１２０１、１３０１、１３０３ 遮光部

Claims (7)

1. 測定対象に光を照射する第１発光部、および前記測定対象を透過した透過光を受光する第１受光部を有する第１センサと、
   測定対象に光を照射する第２発光部、および前記測定対象で反射した反射光を受光する第２受光部を有する第２センサと、
   生体情報を算出する制御部と、を備え、
   前記第１センサの出力および前記第２センサの出力に基づいて、生体情報を算出するための補正係数を算出し、前記補正係数と前記第１センサの出力および前記第２センサの出力とに基づいて、前記生体情報を算出する、測定装置。
2. 前記制御部は、前記第１センサと前記第２センサがそれぞれ取得した２種類の出力を比較することにより、前記２種類の出力の測定精度を判断し、前記２種類の出力が所定の測定精度を有すると判断した場合に、前記生体情報を算出する処理を実行する、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記生体情報は、血圧である、請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記第１発光部は、２つの異なる波長のレーザ光を前記測定対象に照射可能であり、
   前記第１受光部は、前記２つの異なる波長のレーザ光の透過光を受光可能である、請求項１〜３のいずれかに記載の測定装置。
5. 前記制御部は、前記第２センサの出力に基づいて血流量を算出し、前記第１センサの出力に基づいて動脈ヘモグロビン量を決定する、請求項１〜４のいずれかに記載の測定装置。
6. 前記制御部は、前記第２センサ及び前記第１センサが取得した前記生体測定出力に基づいて下式（１）及び式（２）における補正係数ｍ´及びθ´を算出し、該算出した補正係数ｍ´及びθ´と前記センサが取得した前記生体測定出力とに基づいて、下式（１）及び式（２）を用いて、生体情報としての拡張期血圧及び収縮期血圧をそれぞれ算出する、請求項１〜５のいずれかに記載の測定装置。
   

   

   
   （１）
   

   

   
   （２）
   ただし、ＤＢＰｉは任意の時間ｉにおける拡張期血圧を示し、ＳＢＰｉは任意の時間ｉにおける収縮期血圧を示し、Ｑは平均血流量を示し、Ｓ０は前記制御部が前記補正係数を算出した時における前記動脈ヘモグロビン量を示し、Ｓｉは時間ｉにおける前記動脈ヘモグロビン量を示し、ｑｐｐｉは時間ｉにおける脈動血流波高を示す。
7. 測定対象に光を照射する第１発光部、および前記測定対象を透過した透過光を受光する第１受光部を有する第１センサ、および測定対象に光を照射する第２発光部、および前記測定対象で反射した反射光を受光する第２受光部を有する第２センサを準備するステップと、
   前記第１発光部が測定対象に光を照射するステップと、
   前記第１受光部が測定対象を透過した透過光を受光するステップと、
   前記第２発光部が測定対象に光を照射するステップと、
   前記第２受光部が測定対象で反射した反射光を受光するステップと、
   前記第１センサの出力および前記第２センサの出力に基づいて、生体情報を算出するための補正係数を算出するステップと、
   前記補正係数と、前記第１センサの出力および前記第２センサの出力とに基づいて、前記生体情報を算出するステップと、を含む測定方法。

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