JP6735333B2 - 血圧測定装置、腕時計端末、及び血圧測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、血圧測定装置、腕時計端末、及び血圧測定方法に関する。

特許文献１には、近赤外光を照射して、血管からの反射光量を光電脈波として検出する血圧測定装置が開示されている。特許文献１の血圧測定装置は、光電センサ、及び体動センサを備えており、光電センサ、及び体動センサから不要な周波数成分を除去している。さらに、光電センサと圧力センサの出力値の比をキャリブレーション値として用いて、血圧を算出している。

特開２００２−３６９８０５号公報

このような光電式の血圧測定装置では、脈波本来のＡＣ成分の他、ホワイトノイズなどの影響や、回路で生成されるＡＣ成分などが加算された状態で、脈波が観測される。したがって、生体の脈波以外の成分がノイズとなってしまう。

特に、血圧測定装置として、カフ式ではない腕時計式等の血圧測定装置を用いた場合、測定対象者の動きや外乱などによって血圧測定装置の取り付け状態が変化してしまう。したがって、ノイズが大きくなってしまい、測定精度を向上することが困難になってしまう。さらに、ＳＢＰ２は、脈波の変化が小さいため、測定することが困難である。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、精度良く血圧を測定することができる血圧測定装置及び血圧測定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる血圧測定装置は、生体に光を照射する光源と、前記生体からの光を受光する受光器と、前記受光器からの検出信号に基づいて、血圧を測定する処理装置と、を備えた血圧測定装置であって、前記処理装置は、前記検出信号の第１の区間の移動平均値から、前記第１の区間よりも長い第２の区間の移動平均値を減算する減算値を求め、前記減算値に基づいて、脈波の特徴点を抽出し、前記特徴点に基づいて求められた特徴量を、血圧に換算する、ものである。このようにすることで、ノイズを低減することができるため、血圧を精度よく測定することができる。

上記の血圧測定装置において、前記処理装置は、前記減算値に基づいて、脈波の１周期を特定し、前記脈波の周期毎に前記特徴点を抽出することで、前記特徴量を複数求め、複数の前記特徴量から、前記血圧を算出するようにしてもよい。このようにすることで、脈波の周期を適切に特定することができるため、血圧を精度よく測定することができる。

上記の血圧測定装置において、前記特徴点が抽出できない周期については、前記血圧の算出から除外することを特徴とするものである。このようにすることで、より測定精度を向上することができる。

本発明の一態様にかかる血圧測定装置は、生体に光を照射する光源と、前記生体からの光を受光する受光器と、を備えたセンサユニットと、前記センサユニットからの検出信号に基づいて脈波の特徴点を抽出して、前記特徴点に基づく特徴量を血圧に換算する処理装置と、を備えた血圧測定装置であって、前記センサユニットは、第１の波長帯の光に基づく第１の検出信号と、前記第１の波長帯よりも短い第２の波長帯の光に基づく第２の検出信号と、を出力し、前記処理装置は、１脈波の第１の期間においては前記第１の検出信号に基づいてＳＢＰ２に基づく前記特徴点を抽出し、前記第１の期間と異なる第２の期間においては前記第２の検出信号に基づいて前記特徴点を抽出し、前記特徴点に基づいて求められた特徴量を、血圧に換算するものである。このようにすることで、ＳＢＰ２の特徴点を適切かつ簡便に抽出することができるため、血圧を精度よく測定することができる。

上記の血圧測定装置において、前記第２の期間には、１脈波の最大値、及び最小値が含まれていてもよい。このようにすることで、最大値及び最小値を簡便に抽出することができるため、血圧を精度よく測定することができる。

上記の血圧測定装置において、前記第１の波長帯の光が赤色光又は赤外光であり、前記第２の波長帯の光が緑色光であることを特徴としてもよい。これにより、脈波の情報を適切に得ることができる。

上記の血圧測定装置において、前記第１の波長帯の光と、前記第２の波長帯の光が交互に発光するものである。これにより、簡便に測定を行うことができる。

上記の血圧測定装置は、腕時計端末に備えられていてもよい。

本発明の一態様にかかる血圧測定方法は、生体に光を照射する光源と、前記生体からの光を受光する受光器と、前記受光器からの検出信号に基づいて、血圧を測定する処理装置と、を備えた血圧測定装置による血圧測定方法であって、前記検出信号の第１の区間の移動平均値から、前記第１の区間よりも長い第２の区間の移動平均値を減算する減算値を求め、前記減算値に基づいて、脈波の特徴点を抽出し、前記特徴点に基づいて求められた特徴量を、血圧に換算する、ものである。このようにすることで、ノイズを低減することができるため、血圧を精度よく測定することができる。

本発明の一態様にかかる血圧測定方法は、生体に光を照射する光源と、前記生体からの光を受光する受光器と、を備えたセンサユニットと、前記センサユニットからの検出信号に基づいて脈波の特徴点を抽出して、前記特徴点に基づく特徴量を血圧に換算する処理装置と、を備えた血圧測定装置による血圧測定方法であって、第１の波長帯の光に基づく第１の検出信号と、前記第１の波長帯よりも短い第２の波長帯の光に基づく第２の検出信号と、を出力し、前記処理装置は、１脈波の第１の期間においては前記第１の検出信号に基づいてＳＢＰ２に基づく前記特徴点を抽出し、前記第１の期間と異なる第２の期間においては前記第２の検出信号に基づいて前記特徴点を抽出し、前記特徴点に基づいて求められた特徴量を、血圧に換算する、ものである。このようにすることで、ＳＢＰ２の特徴点を適切かつ簡便に抽出することができるため、血圧を精度よく測定することができる。

本発明により、高精度に血圧を測定することができる血圧測定装置、腕時計端末、及び血圧測定方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる血圧測定装置の構成を示すブロック図である。 センサユニットで検出された検出信号の一例を示す図である。 デジタルフィルタによりノイズが除去された脈波とその特徴点の一例を示す図である。 脈波により抽出された特徴点の特徴量を血圧に換算するためのグラフである。 実施の形態１にかかる血圧測定方法を示すフローチャートである 実施の形態２にかかる血圧測定装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る血圧測定装置での第１の期間及び第２の期間を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

実施の形態１
本実施の形態にかかる血圧測定装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、血圧測定装置の構成を示すブロック図である。血圧測定装置１は、センサユニット１０と、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）２０と、処理装置３０と、表示部４０とを備えている。血圧測定装置１は、例えばウェラブル式端末に設けられた測定装置であり、例えば、腕時計端末のように、ベルトによって測定対象者（人）の手首に装着される。すなわち、腕の周りにバンドを巻き付けることで、血圧測定装置１が血圧を測定可能な状態となる。

センサユニット１０は光源１１と受光器１２とを備えている。光源１１は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子であり、緑色、赤色光、又は赤外光（ＩＲ）などの光を発生する。光源１１からの光は、生体に照射される。

受光器１２は、例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）などの光検出器であり、光源１１と近接して配置されている。受光器１２は、生体からの光を受光して、その強度に応じた検出信号をＡＦＥ２０に出力する。したがって、センサユニット１０は、血管の容積変化に応じた容積脈波を検出する光電センサである。

具体的には、光源１１からの光が生体に照射されると、生体の表皮、真皮、毛細血管、末梢血管、脂肪、動脈などにて光が散乱される。受光器１２は、生体の各部位から散乱光を検出する。血管に流れる脈は、一定時間内の周期的な動きを行うことから、脈から得られる散乱光強度（脈波）にも特有の動きが観測される。すなわち、散乱光強度が、脈波を示すことになる。この脈波を解析することにより、血圧や血中酸素濃度、ＡＩ（Augmentation index）値等の生体指標を求めることができる。

本実施形態では、光源１１が、生体の表皮や真皮などを通過しやすい赤色光又は赤外光を発生している。こうすることで、生体の血管で散乱する散乱光強度を高くすることができる。なお、受光器１２は、生体を通過した光を受光するように配置されていてもよい。この場合、生体と介して光源１１と受光器１２を対向配置する。

ＡＦＥ２０は、アンプ２１、ノイズ除去フィルタ２２、及びＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２３を備えている。アンプ２１は、センサユニット１０からの検出信号を増幅する。ノイズ除去フィルタ２２は、アナログフィルタであり、アナログ処理によってアンプ２１で増幅された検出信号のノイズを除去する。例えば、ノイズ除去フィルタ２２はローパスフィルタやハイパスフィルタ等のＬＣフィルタである。ＡＤＣ２３は、ノイズ除去フィルタ２２でノイズ除去された検出信号をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤＣ２３は、デジタル信号に変換された検出信号を処理装置３０に出力する。ＡＤＣ２３は、所定のサンプリング周期でサンプリングされたデジタル値を検出信号として出力する。

処理装置３０は、例えば、マイコンであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１と、メモリ３２と、デジタルフィルタ３３と、パワーマネジメントユニット３４と、を備えている。メモリ３２は、所定のプログラムを格納している。ＣＰＵ３１は、メモリ３２に格納されたプログラムを読み出して、実行する。こうすることで、ＡＦＥ２０からの検出信号に基づいて、血圧（ＳＢＰ、ＤＢＰ）等を測定することができる。ＣＰＵ３１は、血圧を測定するために、後述するように、特徴点を抽出する処理、及び特徴量を血圧に換算する処理を行う。したがって、ＣＰＵ３１は、図１に示すように、特徴点を抽出する抽出部５１、及び特徴量を血圧に換算する換算部５２を備えている。さらには、処理装置３０が、血圧以外の健康指標、例えばＡＩ（動脈硬化指数）値を算出するようにしてもよい。

パワーマネジメントユニット３４は、センサユニット１０に供給する電源を制御する。例えば、パワーマネジメントユニット３４は、光源１１に所定の駆動電流を供給して、光源１１を所定の強度で発光させる。さらに、パワーマネジメントユニット３４は、光源１１に電流を供給するタイミングを制御して、光源１１を所定のタイミングで間欠的に発光させるようにしてもよい。

図２に、ＡＦＥ２０から出力される検出信号を示す。図２に示すように、検出信号には、血管の脈動に応じた脈波が繰り返し現れる。さらに、検出信号には、ホワイトノイズや電子回路などで発生する回路ノイズが含まれている。そこで、デジタルフィルタ３３は、検出信号からノイズ成分を除去するデジタル処理を行っている。そして、デジタルフィルタ３３でノイズが除去された検出信号に基づいて、ＣＰＵ３１が血圧を測定している。

デジタルフィルタ３３は、検出信号に対して移動平均を取る。なお、ある時間ｔ（ｎ）における移動平均値ａ（ｎ）とは、ある時間ｔ（ｎ）を中心に前後の期間[ｔ（ｎ−ｍ）−ｔ（ｎ＋ｍ）]におけるデータ全てを加算して、その加算値を２ｍ＋１で割った数値である。まず、デジタルフィルタ３３は、電源の周波数に応じた第１の区間の移動平均値を第１の移動平均値をとして算出する。例えば、商用電源（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の１周期に対応する区間を第１の期間として、デジタルフィルタ３３は、第１の区間に含まれるデジタル値の平均を取る。

さらに、デジタルフィルタ３３は、第１の区間よりも長い第２の区間の移動平均値を第２の移動平均値として算出する。例えば、第２の区間は脈拍に応じて設定される。例えば、１回の脈よりも長い区間が第２の区間として設定される。ここでは、具体的な一例として、０．４７Ｈｚの１周期に対応する区間を第２の区間として設定することができる。すなわち、デジタルフィルタ３３は、１／０．４７Ｈｚに含まれるデジタル値の平均を取る。第２の区間は、第１の区間よりも長いため、第２の区間に含まれるデータ数は第１の区間のデータ数よりも多くなる。よって、第２の移動平均値は、第１の移動平均値よりも変動が小さくなる。

そして、デジタルフィルタ３３は、第１の移動平均値から第２の移動平均値を減算した減算値を算出する減算部となる。図３に第１の移動平均値と第２の移動平均値とから算出した減算値の波形の一例を示す。図３は、減算値と、減算値から抽出される特徴点の一例を示す図である。図３では、下側に減算値による脈波を示し、上側に理想的な脈波の一部を拡大して示している。また、図３の下側では、赤色光又は赤外光によって取得された脈波と、緑色光によって取得された脈波、並びに、それらの差分をそれぞれ示している。なお、ここでは赤色光又は赤外光での取得結果を用いて、以下の演算処理を行っている。

処理装置３０は、図３に示すように、減算値が正となる期間から脈波の１周期を特定する。なお、以下の説明において、１周期分の脈波を１脈波とする。処理装置３０は、減算値が負から正となるタイミングが１脈波の開始点として設定する。

そして、処理装置３０の抽出部５１が減算値に基づいて、１脈波の特徴点を抽出する。処理装置３０は、１脈波毎に、例えば、最大値、最小値、極大値、極小値、変曲点等を特徴点として抽出する。処理装置３０は、減算値の波形から特徴点の値、及び時間を算出する。例えば、処理装置３０は、脈波を微分して速度脈波を求めたり、２回微分して加速度脈波を求めたりすることで、特徴点を算出する。図３には、処理装置３０が抽出する特徴点の一例を示している。

図３では、１周期における第１のピーク（最大値）がＳｙｓｔｏｌｉｃ ｐｅａｋ，第２のピーク（極大値）がＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｐｅａｋとなる。さらに、第２のピークの後の極小値が収縮期（ｓｙｓｔｏｌｉｃ）と拡張期（Ｄｉａｓｔｏｌｉｃ）との境界を示すノッチとなる。１周期の開始点からｓｙｓｔｏｌｉｃ ｐｅａｋまでの時間をＳ．Ｔｉｍｅとする。１周期の開始点からＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｐｅａｋをＲ．Ｔｉｍｅとする。１周期の開始点からノッチまでの時間をＮｏｔｃｈ Ｔｉｍｅとする。さらに、処理装置３０は１周期の最小値を特徴点として抽出する。このように、処理装置３０は、複数の特徴点における値と時間を算出する。また、本実施の形態では、ノッチでの減算値を基に、最大値、最小値等を補正するようにしてもよい。

処理装置３０は、１脈波に含まれる複数の特徴点の値、及び時間から特徴量を算出する。本明細書において、特徴量とは、血圧（ＳＢＰ，ＤＢＰ）を算出するための値であり、１脈波における特徴点の値、及び時間から導き出される値である。特徴量は予め設定された計算式に基づいて算出することが可能である。特徴量は、血圧の変化に応じて変化する値であり、血圧の変化に対して大きく変化する値を用いることで血圧を精度よく測定することができる。また、特徴点における減算値をそのまま特徴量としてもよい。ここでは、ＳＢＰとＤＢＰを求めるため、２つの計算式が用意されている。

そして、処理装置３０の換算部５２は、特徴量を血圧に換算する。換算部５２は、回帰直線を用いて、特徴量を血圧値に換算する。ここでは、図６に示すように、ＳＢＰ（収縮期血圧：ＢＰ＿ＭＡＸ）と、ＤＢＰ（拡張期血圧：ＢＰ＿ＭＩＮ）とを算出するため、２つ回帰直線がメモリ３２に格納されている。そして、処理装置３０は、１脈波に基づいて、ＳＢＰ用の特徴量とＤＢＰ用の特徴量を算出する。そして、処理装置３０は、ＳＢＰ用の回帰直線を用いて、一方の特徴量からＳＢＰを算出する。また、処理装置３０は、ＤＢＰ用の回帰直線を用いて、他方の特徴量からＤＢＰを算出する。このようにして、血圧測定装置が血圧を測定する。なお、抽出する特徴点と、特徴点から特徴量を求めるための計算式は、公知の手法によって最適化されている。すなわち、血圧を精度よく測定できる特徴点、及び計算式が設定されている。

なお、回帰直線は、予め取得された複数の測定結果を用いて設定されている。すなわち、複数の測定対象者に対して、本実施形態に係る血圧測定装置で特徴量を求めるとともに、従来のカフ式の血圧計で血圧値を測定する。これにより、特徴量と血圧値を対応付けたデータベースが構築される。そして、データベースに記憶されたデータに対して回帰分析を行って、回帰直線を求める。なお、回帰直線は、性別、及び年代別に設定されていてもよい。例えば、２０代男性、２０代女性、３０代男性、３０代女性等のように、性別ごと、年代別に設定されていてもよい。すなわち、年代、性別ごとにデータを取得して、データベースを構築してもよい。また、処理装置３０は、回帰直線に限らず、２次以上の多項式などを用いた回帰曲線を用いて特徴量を血圧に換算してもよい。

さらに、処理装置３０は、複数の脈波に基づいて、血圧を算出するようにしてもよい。例えば、処理装置３０は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の脈波のそれぞれについて特徴点を抽出して、特徴量を算出する。これにより、１脈波毎に特徴量が算出されるため、ｎ個の特徴量が算出される。そして、処理装置３０が、回帰直線を用いて、ｎ個の特徴量をそれぞれ血圧（ＳＢＰ又はＤＢＰ）に換算する。これにより、ｎ個の血圧値が算出される。そして、ｎ個の血圧値の平均値を血圧とすることができる。このように、複数の脈波に基づいて、特徴量を算出することで、測定精度を向上することができる。

さらに、ｎ個の血圧値の一部を除いて血圧を求めるようにしてもよい。例えば、ｎ個の血圧値のうち、最大値と最小値を除いた（ｎ―２）個の血圧値の平均値を血圧してもよい。これにより、より測定精度を向上することができる。さらに、特徴量や特徴点の値が他の脈波と大きく異なる脈波についても、血圧の算出から除外するようにしてもよい。

なお、特徴点が抽出できない１脈波（１周期）については、血圧の算出から除外するようにしてもよい。例えば、ノイズなどの影響によって、特徴量の算出に必要な極大値、極小値がノイズに埋もれてしまい、算出することができない場合、その周期については、特徴量を算出できなくなる。したがって、特徴点が抽出できない１脈波（周期）については、血圧を換算しないようにすることが好ましい。こうすることで、血圧の測定精度を向上することができる。

このように、処理装置３０は、減算値を元に脈波の上昇、下降などの傾向を推定して、最大値、最小値、極大値、極小値、変曲点等を特徴点として推定する。そして、処理装置３０が１脈波毎に、複数の特徴点から特徴量を算出している。処理装置３０は、データベースによって予め設定されている回帰直線を用いて、特徴量を血圧値に換算する。

表示部４０は、液晶ディスプレイなどの表示モニタを備えている。処理装置３０が求めた血圧や脈波の波形を表示部４０が表示する。

本実施の形態に係る血圧測定装置では、第１の区間の移動平均値と、第２の区間の移動平均値との減算値を用いている。こうすることで、外乱光、振動、脈以外の散乱ノイズの影響を低減することができる。よって、特徴点を適切に抽出することができ、血圧の測定精度を向上することができる。また、第１の移動平均値の区間として、商用電源の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に対応する区間を用いている。こうすることで、電源ノイズを低減することができる。

また、デジタルフィルタ３３がデジタル処理によって、ノイズを低減している。したがって、アナログフィルタと比べて、容易に開発を行うことができる。例えば、アナログフィルタでノイズを除去する場合、ＬＣフィルタの発振の影響を避ける必要があるため、機種ごとに回路を設計する必要がある。本実施の形態では、コンピュータプログラムによるデジタル信号処理でノイズを除去することができるため、容易に開発することができる。

さらに、処理装置３０が、減算値を用いて、脈波の１周期（１脈波）を特定している。すなわち、減算値が０になるタイミングで１周期の開始タイミングを特定することができる。このようにすることで、より適切に特徴量を求めることができる。例えば、特徴点までの時間を精度よく求めることができるため、適切に特徴量を求めることが可能になる。また、１つの受光器１２の検出信号に基づいて、第１の移動平均値と第２の移動平均値を求めている。こうすることで、適切にノイズレベルを推定することができる。よって、より高い精度で測定することができる。また、移動平均値を随時算出して、減算値を求めることで、ノイズが変動した場合でも、精度よく測定を行うことできるようになる。

図５を用いて、本実施の形態にかかる血圧測定方法について説明する。図５は、血圧測定方法を示すフローチャートである。

先ず、測定対象者（生体）は、血圧測定装置１を例えば手首に装着して、生体（手首）からの光を受光器１２で受光する（Ｓ１）。受光器１２は、受光した光の強度を示す信号を光電変換してＡＦＥ２０に出力する。

次に、ＡＦＥ２０は、センサユニット１０から入力された検出信号を処理する（Ｓ２）。上記のように、ＡＦＥ２０のアンプ２１が、検出信号を増幅する。そして、ノイズ除去フィルタ２２が検出信号をフィルタリングして、ノイズを除去する。ＡＤＣ２３が検出信号をＡＤ変換する。

次に、デジタルフィルタ３３が検出信号に対してデジタルフィルタ処理を行う（Ｓ３）。すなわち、第１の移動平均値と第２の移動平均値との減算値を求めて、ノイズを除去する。さらに、このステップにおいて、減算値によって周期を特定する。

処理装置３０が減算値に基づいて、特徴点を抽出する（Ｓ４）。例えば、処理装置３０が、減算値によって示される脈波を微分したり、２回微分することで、特徴点を抽出する。ここでは、処理装置３０が、１脈波毎に特徴点を抽出する。そして、１脈波毎に、処理装置３０が特徴点の値及び時間に基づいて、特徴量を算出する（Ｓ５）。すなわち、予め設定された計算式を用いて、特徴点の値及び時間を特徴量に換算する。なお、特徴点が抽出できない脈波については、特徴量を算出しない。

そして、処理装置３０が回帰直線を用いて、特徴量を血圧に換算する（Ｓ６）。処理装置３０が、ＳＢＰとＤＢＰとを算出している。そして、表示部４０が求めた血圧を表示する（Ｓ７）。このような処理を行うことで、上記した効果を得ることができる。

また、血圧以外の生体情報を測定したい場合、測定する生体情報に応じて特徴量を求めるための計算式、及び回帰直線を設定しておけばよい。例えば、血中酸素濃度を測定したい場合、求める特徴点と、特徴点の値等から特徴量を算出するための計算式を設定しておく。さらに、複数の測定対象者に対して血中濃度測定を予め行っておき、データベースを構築しておく。そして、データベースに基づいて、回帰直線を求める。こうすることで、血圧測定装置１によって、血中酸素濃度を測定することも可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態にかかる血圧測定装置について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態にかかる血圧測定装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、収縮期後方血圧（ＳＢＰ２）に対応する特徴点を抽出している。なお、ＳＢＰ２は収縮期後方血圧であり、図３の収縮期の第２のピーク（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｅａｋ）に対応する。ＳＢＰ２は、１脈波の収縮期血圧（ＳＢＰ）の後、ノッチの前に存在する特徴点であり、血管の硬さ（ＡＩ値）などを導出できるなど生体情報の重要な指標として用いられている。しかしながら、ＳＢＰ２は、脈波の変化が小さいため、抽出することが困難である。

以下、ＳＢＰ２の特徴点を抽出するための構成について、説明する。本実施の形態では、ＳＢＰ２の特徴点を抽出するため、センサユニット１０に二つの光源１１ａ、１１ｂが設けられている。なお、血圧測定装置の基本的構成、及び処理については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

本実施の形態では、センサユニット１０が第１の光源１１ａと第２の光源１１ｂとを備えている。第１の光源１１ａは、第１の波長帯の光（例えば、波長６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下）を発光する。第２の光源１１ｂは、第１の波長帯よりも短い第２の波長帯の光（例えば、波長４８０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下）を発光する。第１の波長帯の光は、例えば、赤色光又は赤外光であり、第２の波長帯の光は、緑色光である。なお、第１の波長帯と第２の波長帯とは、完全にずれているものに限らず、一部重複していてもよい。

パワーマネジメントユニット３４は、第１の光源１１ａと第２の光源１１ｂとを異なるタイミングで発光させる。例えば、パワーマネジメントユニット３４は、第１の光源１１ａと第２の光源１１ｂを交互に発光させる。したがって、第１の光源１１ａ、及び第２の光源１１ｂは間欠的に発光し、その発光周期が同じで位相がずれている。

第１の光源１１ａ、及び第２の光源１１ｂは近接して配置されている。そして、第１の光源１１ａ、及び第２の光源１１ｂは生体のほぼ同じ部位に向けて光を照射する。受光器１２は、光が照射された部位からの散乱光を検出する。受光器１２は、第１の波長帯、及び第２の波長帯の光に対して感度を有している。すなわち、光源１１ａが赤外光を発光する場合、受光器１２は赤外光から緑色光まで検出することができればよい。また、光源１１ａが赤色光を発光する場合、受光器１２は赤色光から緑色光までの波長帯の光を検出することができればよい。

生体に光を照射する場合、波長に応じて到達深度が異なっているため、得られる生体情報が異なる。例えば、緑色光は、真皮表面付近までの深度で散乱が生じる割合が高い。一方、赤色光又は赤外光は真皮を透過して動脈がある深度で散乱する割合が高い。すなわち、赤外光又は赤色光は生体での吸収が少なく、透過しやすい。赤外光又は赤色光を用いた場合、動脈での散乱光が増加する。赤外光又は赤色光は到達深度が深いため、より多くの情報を得ることができる。しかしながら、動脈以外の表皮、真皮にある末梢血管や脂肪などはわずかではあるがノイズとして影響する。このノイズが散乱光の解析を困難にして、高度な生体情報の取得を阻害している。一方、緑色光は到達深度が浅いため、脂肪等での散乱光によるノイズが小さくなる。

そこで、本実施の形態では、緑色光と緑色光よりも長波長の赤色光又は赤外光とを使い分けている。具体的には、１脈波の第１の期間では、第１の波長帯の光（赤色光又は赤外光）を用いており、第２の期間では第２の波長帯の光（緑色光）を用いている。センサユニット１０が、第１の波長帯の光と第２の波長帯の光とを交互に発光させている。よって、異なる波長での測定を簡便な構成で行うことができる。

第１の光源１１ａと第２の光源１１ｂとの発光タイミングについて、図７を用いて説明する。図７は、脈波における発光タイミングを示す図である。１脈波が第１の期間Ｔｒと第２の期間Ｔｇとの２つの期間に分けられている。第１の期間Ｔｒは赤色光又は赤外光の発光期間である。第１の期間Ｔｒにおいて、第１の光源１１ａが点灯し、第２の光源１１ｂは消灯している。第２の期間Ｔｇは、緑色の発光期間である。第２の期間Ｔｇにおいては、第１の光源１１ａが消灯し、第２の光源１１ｂが点灯している。そして、第１の期間Ｔｒと第２の期間Ｔｇとが繰り返している。そして、第１の波長帯の光と第２の波長帯の光を同じ受光器１２で検出している。ＡＤＣ２３が所定のサンプリング周期で、検出信号をデジタル値に変換している。

第２の期間Ｔｇは、１脈波の最大値及び最小値を含んでいる。すなわち、第２の期間Ｔｇは、ＳＢＰに基づく特徴点（最大値）とＤＢＰに基づく特徴点（最小値）を含む期間である。第２の期間Ｔｇは、最小値よりも前のタイミングを先頭として、最大値よりも後のタイミングを終端としている。第１の期間Ｔｒは第２の期間の終端タイミングを先頭タイミングとして、そこから所定の時間だけ続く期間である。第１の期間Ｔｒの終端タイミングは、第２の期間Ｔｇの先頭タイミングとなっている。第１の期間Ｔｒには、ＳＢＰ２に基づく特徴点を含む期間である。なお、図７では、第２の期間Ｔｇが第１の期間Ｔｒよりも長くなっているが、第２の期間Ｔｇが第１の期間Ｔｒよりも短くなっていてもよい。

１脈波の最大値、及び最小値は、抽出が容易である。よって、動脈からの散乱光強度が弱い緑色光を用いた場合でも、ＳＢＰとＤＢＰに基づく特徴点を、容易に抽出することができる。一方、ＳＢＰ２に基づく特徴点は、極小値、極大値、及び変曲点とも言えず、抽出が困難である。したがって、ＳＢＰ２の特徴点の抽出には、第１の波長帯の光を用いている。すなわち、第１の波長帯の光では、動脈での散乱光強度が高いため、ＳＢＰ２の特徴点が極大値として表れやすくなる。よって、処理装置３０が、比較的容易にＳＢＰ２に対応する特徴点を抽出することができる。

本実施の形態では、ＳＢＰ２の特徴点を含む第１の期間Ｔｒにおいて、第１の波長帯の光を検出している。すなわち、処理装置３０は、第１の波長帯の光に基づいて、ＳＢＰ２の特徴点を抽出している。換言すると、第２の波長帯を用いずに、ＳＢＰ２の特徴点が抽出されている。第１の波長帯の光を用いることで、散乱光強度が大きくなるため、ＳＢＰ２の特徴点を容易に抽出することができる。例えば、ＳＢＰ２抽出のために、脈波を２階微分したり、その他データ解析したりする必要がなくなる。

以下に、ＳＢＰ２の特徴点を抽出するための処理の一例について説明する。図３で示す脈波一周期中で前半分のデータを使用し、隣り合うデータを引き算する。次に、算出値の絶対値をとり、０付近が多く算出される期間を抽出する。周期始めから数えて、０付近が多く算出される期間の中で二番目に当たる時間はR.Timeとみなすことが可能で、その時間付近のデータはＳＢＰ２と見なすことができる。このようにして、ＳＢＰ２の特徴量を求める。

また、処理装置３０は、第２の波長帯の光に基づいて、脈波の最大値、及び最小値を、抽出している。すなわち、ＳＢＰに基づく特徴点とＤＢＰに基づく特徴点は第１の波長帯の光を用いずに抽出されている。脈波からの最大値、及び最小値の抽出は容易である。また、緑色光では、ノイズが小さくなる。したがって、動脈からの散乱光強度が小さい緑色光を用いた場合でも、処理装置３０が特徴点を精度よく抽出することができる。

そして、実施の形態１と同様に、処理装置３０は特徴点から血圧を算出する。すなわち、処理装置３０は、１脈波から抽出された複数の特徴点から特徴量を求める。そして、処理装置３０は、回帰直線を用いて、特徴量を血圧に換算する。回帰曲線は、第１の波長帯の光と第２の波長帯の光を使用した場合のデータベースにより設定すればよい。すなわち、第１及び第２の波長帯の光を交互に照射したとき特徴量と脈拍測定値とを対応付けたデータベースを構築して、このデータベースを用いて回帰直線を求めればよい。

さらに、脈波のｎ周期（ｎは２以上の整数）に対して、処理装置３０は、周期毎に特徴量を算出する。これにより、ｎ個の血圧値が求められる。そして、ｎ個の血圧値に対して、ｎを母数として平均化する。こうすることで、精度よく血圧測定することができる。

また、実施の形態１と同様に、特徴点が抽出できない脈波や、特徴量が大きき異なる脈波については、血圧の算出から除外するようにしてもよい。本実施の形態では、第１の波長帯に基づく検出信号によってＳＢＰ２の特徴点を抽出している。したがって、ＳＢＰ２の特徴点を精度よく抽出することができる。ＳＢＰ２の特徴点が抽出できない脈波や、ＳＢＰ２の特徴点が他の脈波と大きく異なる脈波を減らすことができる。よって、短時間で精度の高い測定を行うことができる。

さらに、ＳＢＰ２の特徴点を用いてＡＩ値を求めることができる。例えば、手首では以下に示すような計算式でＡＩ値を求めることができる。
ＡＩ＝ＳＢＰ２／ＳＢＰ（脈波の最高点）×１００

なお、第１の期間Ｔｒと第２の期間Ｔｇの設定については、予め複数の脈波を計測した上で適切に設定することができる。例えば、測定対象者の複数の脈波を測定して、処理装置３０が脈波の周期を求める。そして、処理装置３０が１脈波毎に、最大値と最小値となるタイミングを求めればよい。そして、最大値と最小値を含む期間を第２の期間として設定する。そして、第２の期間以外の期間を第１の期間として設定する。

本実施の形態では、１脈波内において異なる波長帯の光を使い分けている。すなわち、１脈波を第１の期間と第２の期間に分けて異なる波長帯の光を照射している。こうすることで、精度よく特徴点を抽出することができる。特に、ＳＢＰ２の特徴点を容易に抽出することができるようになる。よって、精度よく血圧を測定することができる。

さらに、光源１１ａ、１１ｂを交互に発光させているため、共通の受光器１２が第１の波長帯に基づく第１の検出信号と、第２の波長帯に基づく第２の検出信号を出力する。すなわち、１つの受光器１２が第１の期間Ｔｇにおいては、第１の波長帯に基づく第１の検出信号を出力し、第２の期間においては第２の波長帯に基づく第２の検出信号を出力する。こうすることで、受光器１２及びＡＦＥ２０が１つでよいため、装置構成を簡略化することができる。

なお、上記の説明では、発光色の異なる２つの光源１１ａ、１１ｂを設けたが、２つの受光器１２を設けてもよい。すなわち、センサユニット１０に、第１の波長帯の光を受光する第１の受光器と、第２の波長帯の光を受光する第２の受光器を設けてもよい。換言すると、第２の波長帯に感度を有しない第１の受光器と、第１の波長帯に感度を有しない第２の受光器を設けてもよい。そして、第１及び第２の波長帯の光を発光する１つの光源１１を設けて、２つの受光器がそれぞれの波長帯の光を受光する。この場合、光源は白色光源とすることができる。あるいは、光源及び受光器を２つずつ設けてもよい。この場合、第１の波長帯に対応する第１の光源及び第１の受光器と、第２の波長帯に対応する第２の光源及び第２の受光器とを、設けることになる

なお、実施の形態２においては、実施の形態１で示したデジタルフィルタ３３での処理を行っていてもよく、行っていなくてもよい。すなわち、実施の形態１で示したように２つの移動平均値の減算値に基づいて特徴点を抽出してもよく、あるいは、デジタルフィルタ処理を経ていない検出信号に基づいて特徴点を抽出してもよい。

なお、実施形態１、２にかかる血圧測定装置１を腕時計端末などのウェラブル端末に組み込みことも可能である。すなわち、本発明を、血圧測定装置１を備えた腕時計端末と捉えることも可能である。さらには、センサユニット１０が腕時計端末に設けられるとともに無線通信部を有しており、その他の構成（例えば、処理装置３０、表示部４０等）は、スマートフォンに備えられていてもよい。この場合、腕時計端末で取得したアナログデータ又はデジタルデータが無線通信によってスマートフォンに転送される。そして、データを受信したスマートフォンが血圧を測定するための処理の一部又は全部を行ってもよい。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１ 血圧測定装置
１０ センサユニット
１１ 光源
１２ 受光器
２０ ＡＦＥ
２１ アンプ
２２ ノイズ除去フィルタ
２３ ＡＤＣ
３０ 処理装置
３１ ＣＰＵ
３２ メモリ
３３ デジタルフィルタ
３４ パワーマネジメントユニット
４０ 表示部

Claims (9)

1. 生体に光を照射する光源と、前記生体からの光を受光する受光器と、を備えたセンサユニットと、
   前記センサユニットからの検出信号に基づいて脈波の第１特徴点及び第２特徴点を抽出して、前記第１特徴点及び第２特徴点に基づく特徴量を血圧に換算する処理装置と、を備えた血圧測定装置であって、
   前記センサユニットは、第１の波長帯の光に基づく第１の検出信号と、前記第１の波長帯よりも短い第２の波長帯の光に基づく第２の検出信号と、を出力し、
   前記処理装置は、１脈波の第１の期間においては前記第１の検出信号に基づいて収縮期後方血圧（ＳＢＰ２）に基づく前記第１特徴点を抽出し、前記第１の期間と異なる第２の期間においては前記第２の検出信号に基づいて前記第２特徴点を抽出し、
   前記第１特徴点及び第２特徴点に基づいて求められた特徴量を、血圧に換算し、
   前記１脈波が前記第１の期間及び第２の期間の２つに分けられており、
   前記第２の期間には、前記１脈波の最大値、及び最小値が含まれており、前記最大値、及び最小値が前記第２特徴点として抽出されている、血圧測定装置。
2. 前記第１の波長帯の光が赤色光又は赤外光であり、前記第２の波長帯の光が緑色光であることを特徴とする請求項１に記載の血圧測定装置。
3. 前記第１の波長帯の光と、前記第２の波長帯の光が交互に発光する請求項１に記載の血圧測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の血圧測定装置を備えた腕時計端末。
5. 生体に光を照射する光源と、前記生体からの光を受光する受光器と、を備えたセンサユニットと、
   前記センサユニットからの検出信号に基づいて脈波の第１特徴点及び第２特徴点を抽出して、前記第１特徴点及び前記第２特徴点に基づく特徴量を血圧に換算する処理装置と、を備えた血圧測定装置による血圧測定方法であって、
   第１の波長帯の光に基づく第１の検出信号と、前記第１の波長帯よりも短い第２の波長帯の光に基づく第２の検出信号と、を出力し、
   前記処理装置は、脈波の一周期の第１の期間においては前記第１の検出信号に基づいて収縮期後方血圧（ＳＢＰ２）に基づく前記第１特徴点を抽出し、前記一周期の前記第１の期間と異なる第２の期間においては前記第２の検出信号に基づいて前記第２特徴点を抽出し、
   前記第１特徴点及び前記第２特徴点に基づいて求められた特徴量を、血圧に換算し、
   前記脈波の前記一周期は、前記第１の期間及び第２の期間の２つに分けられており、
   前記第２の期間には、前記一周期の最大値、及び最小値が含まれており、前記最大値、及び最小値が前記第２特徴点として抽出されている、血圧測定方法。
6. 前記第１の波長帯の光は、赤色光または赤外光であり、前記第２の波長帯の光は緑色光である、請求項５に記載の血圧測定方法。
7. 前記第１の期間では、前記第１の波長帯の光を使用し、前記第２の期間では、前記第２の波長帯の光を使用し、前記第１の波長帯の光と前記第２の波長帯の光とを交互に使用する、請求項５に記載の血圧測定方法。
8. 前記脈波の複数の周期のそれぞれにおいて、前記特徴量を前記血圧に換算して血圧値を求め、
   複数の前記血圧値を平均化する請求項５〜７のいずれか１項に記載の血圧測定方法。
9. 前記第２特徴点を抽出する段階は、ノイズによって、前記最大値及び最小値のうちの少なくとも１つを抽出することができない周期に対しては、前記血圧の換算から除外する、請求項８に記載の血圧測定方法。