JP6996150B2 - Pulse wave detector - Google Patents
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Description
本開示は、観測対象としての生体へ光を照射することによって脈波を検出する脈波検出装置に関する。 The present disclosure relates to a pulse wave detection device that detects a pulse wave by irradiating a living body as an observation target with light.
従来、発光素子を用いて観測対象としての生体に光を照射するとともに当該生体からの反射光を受光素子にて受光し、受光した反射光の強度における時間の経過に伴う変化に基づいて脈波を検出する、いわゆる光学式の脈波検出装置が知られている。なお、ここでの脈波とは、心拍に従って発生する、血管内の血液の波動的な圧力変動のことを表す。 Conventionally, a light emitting element is used to irradiate a living body as an observation target with light, and the reflected light from the living body is received by the light receiving element, and a pulse wave is obtained based on a change in the intensity of the received reflected light over time. A so-called optical pulse wave detection device that detects light is known. The pulse wave here represents a wave-like pressure fluctuation of blood in a blood vessel generated according to a heartbeat.
このような光学式の脈波検出装置では、血液成分による吸光特性を利用して脈波を検出するため、屋外等において使用する場合は、例えば太陽光等の外乱光の影響を除去する必要が生じる。特許文献1には、外乱光の影響を抑制するために、発光素子を通常レベルで生体に発光させたときの反射光の受光強度から、発光素子を通常レベルの半分のレベル(以降、減光レベル)で発光させたときの反射光の受光強度を減算した値を、脈拍成分を示すパラメータ(以降、脈波指標値)として採用する構成が開示されている。
Since such an optical pulse wave detection device detects a pulse wave by utilizing the absorption characteristic of blood components, it is necessary to remove the influence of ambient light such as sunlight when using it outdoors. Occurs. In
特許文献1の構成において、仮に外乱光の強度が一定である場合には、通常レベルでの発光時の受光強度と、減光レベルでの発光時の受光強度のそれぞれに、等しい量の外乱光成分が含まれる。そのため、両者の差分をとることにより外乱光成分を除去することができる。つまり、特許文献1の構成によれば、仮に外乱光の強度が一定である場合には、脈波指標値に外乱光に由来する誤差が含まれることを抑制しうる。
In the configuration of
しかしながら、外乱光の強さは経時的に(換言すれば動的に)変化しうる。また、通常レベルでの発光時の受光強度を取得するタイミングと、減光レベルでの発光時の受光強度を取得するタイミングとは、異なるタイミングとなる。 However, the intensity of ambient light can change over time (in other words, dynamically). Further, the timing of acquiring the light receiving intensity at the time of light emission at the normal level and the timing of acquiring the light receiving intensity at the time of light emission at the dimming level are different timings.
故に、通常レベルでの発光時の受光強度に含まれる外乱光成分の大きさと、減光レベルでの発光時の受光強度に含まれる外乱光成分の大きさは、異なることが想定される。すなわち、特許文献1に開示の構成では、受光強度の検出タイミングの時間差に起因して外乱成分に誤差が発生し、精度のよい脈波の波形を得ることができない、という問題があった。
Therefore, it is assumed that the size of the disturbance light component included in the light receiving intensity at the normal level and the size of the disturbance light component included in the light receiving intensity at the dimming level are different. That is, in the configuration disclosed in
本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、より精度良く脈波を検出可能な脈波検出装置を提供することにある。 The present disclosure has been made based on this circumstance, and an object thereof is to provide a pulse wave detection device capable of detecting a pulse wave with higher accuracy.
その目的を達成するための本開示は、観測対象としての生体へ光を照射することによって生体の血管の状態を示す脈波指標値を算出する指標値算出処理を所定のサンプリング周期で逐次実行し、当該脈波指標値の時間変化に基づいて生体の脈波を検出する脈波検出装置であって、光を照射する発光部の動作を制御する構成であって、1回の指標値算出処理において発光部に所定回数光を照射させる発光制御部(F1)と、発光部が光を照射する方向から到来する光の強度である受光強度を出力する受光部(3)から、発光制御部が発光部に光を照射させているときの受光強度を照射時強度として取得する照射時強度取得部(F21)と、発光部が光を照射していないときの受光強度であって、発光制御部が発光部に光を照射させる前の受光強度を照射前強度として取得する照射前強度取得部(F22)と、発光部が光を照射していないときの受光強度であって、発光制御部が発光部に光を照射させた後の受光強度を照射後強度として取得する照射後強度取得部(F23)と、発光制御部が発光部に光を照射させる度に、当該照射に対応する照射時強度から、当該照射に対応する照射前強度を減算した値である前差分強度を算出する前差分強度算出部(F31)と、発光制御部が発光部に光を照射させる度に、当該照射に対応する照射時強度から、当該照射に対応する照射後強度を減算した値である後差分強度を算出する後差分強度算出部(F32)と、1回の指標値算出処理において発光制御部が発光部に光を照射させる度に前差分強度算出部が算出する前差分強度及び後差分強度算出部が算出する後差分強度を足し合わせてなる値を脈波指標値として算出する指標値算出部(F3)と、を備え、指標値算出部は、脈波指標値が所定の目標レベルで推移するように、1回の指標値算出処理において発光部を発光させる回数である発光回数を調整する発光回数調整部(F7)を備えることを特徴とする。 In the present disclosure for achieving the purpose, the index value calculation process for calculating the pulse wave index value indicating the state of the blood vessel of the living body by irradiating the living body as an observation target with light is sequentially executed in a predetermined sampling cycle. , A pulse wave detection device that detects the pulse wave of a living body based on the time change of the pulse wave index value, and has a configuration that controls the operation of a light emitting unit that irradiates light, and performs one index value calculation process. The light emitting control unit is composed of a light emitting control unit (F1) that irradiates the light emitting unit with light a predetermined number of times and a light receiving unit (3) that outputs a light receiving intensity that is the intensity of the light coming from the direction in which the light emitting unit irradiates the light. The light receiving intensity acquisition unit (F21) that acquires the light receiving intensity when the light emitting unit is irradiated with light as the irradiation intensity, and the light receiving intensity when the light emitting unit is not irradiating light, and is the light emitting control unit. Is the pre-irradiation intensity acquisition unit (F22) that acquires the light-receiving intensity before irradiating the light-emitting unit with light as the pre-irradiation intensity, and the light-receiving intensity when the light-emitting unit is not irradiating light. The post-irradiation intensity acquisition unit (F23) that acquires the light-receiving intensity after irradiating the light-emitting unit with light as the post-irradiation intensity, and each time the light-emitting control unit irradiates the light-emitting unit with light, the irradiation corresponding to the irradiation Each time the pre-differential intensity calculation unit (F31), which calculates the pre-differential intensity, which is the value obtained by subtracting the pre-irradiation intensity corresponding to the irradiation from the intensity, and the light emission control unit irradiate the light emitting unit with light, the irradiation is performed. The post-differential intensity calculation unit (F32), which calculates the post-differential intensity, which is the value obtained by subtracting the post-irradiation intensity corresponding to the irradiation from the corresponding irradiation intensity, and the light emission control unit emit light in one index value calculation process. An index value calculation unit that calculates the value obtained by adding the front difference intensity calculated by the front difference intensity calculation unit and the rear difference intensity calculated by the rear difference intensity calculation unit as a pulse wave index value each time the unit is irradiated with light ( F3), and the index value calculation unit adjusts the number of times of light emission, which is the number of times the light emitting unit emits light in one index value calculation process, so that the pulse wave index value changes at a predetermined target level. It is characterized by including a number adjustment unit (F7) .
以上の構成において指標値生成部は、前差分強度算出部が算出する前差分強度と、後差分強度算出部が算出する後差分強度とを足し合わせることによって、脈波指標値を生成する。前差分強度算出部が算出する前差分強度には、前差分強度の算出に用いた照射前強度を取得した時点から、照射時強度を取得した時点までの時間差に由来する外乱光成分の経時変化分が誤差として含まれる。また、後差分強度算出部が算出する後差分強度には、照射時強度を取得した時点から、後差分強度の算出に用いた照射後強度を取得した時点までの時間差に由来する外乱光成分の経時変化分が誤差として含まれる。 In the above configuration, the index value generation unit generates a pulse wave index value by adding the front difference strength calculated by the front difference strength calculation unit and the back difference strength calculated by the back difference strength calculation unit. The pre-difference intensity calculated by the pre-difference intensity calculation unit includes the change over time of the disturbance light component derived from the time difference from the time when the pre-irradiation intensity used for calculating the pre-difference intensity is acquired to the time when the pre-irradiation intensity is acquired. Minutes are included as an error. In addition, the posterior difference intensity calculated by the posterior difference intensity calculation unit includes the disturbance light component derived from the time difference from the time when the intensity at the time of irradiation is acquired to the time when the intensity after irradiation used for calculating the posterior difference intensity is acquired. The amount of change over time is included as an error.
このような構成において、発光部が発光する前後の時間帯において外乱光の強度が単調増加している場合、前差分強度と後差分強度とを足し合わせると、前差分強度に含まれる外乱光成分の誤差と、後差分強度に含まれる外乱光成分の誤差とが相殺される。また、発光前後の時間帯において外乱光の強度が経時的に単調減少している場合も同様に、前差分強度に含まれる外乱光成分の誤差と、後差分強度に含まれる外乱光成分の誤差とが打ち消し合うように作用する。 In such a configuration, when the intensity of the disturbance light increases monotonically in the time zone before and after the light emitting portion emits light, the disturbance light component included in the front difference intensity when the front difference intensity and the back difference intensity are added together. And the error of the disturbance light component included in the post-differential intensity are offset. Similarly, when the intensity of the disturbance light decreases monotonically over time in the time zone before and after the light emission, the error of the disturbance light component included in the front difference intensity and the error of the disturbance light component included in the back difference intensity also occur. And act to cancel each other out.
そのため、上記の指標値算出部が算出する脈波指標値に含まれる外乱光の経時的な変化に由来する誤差は、相対的に小さい値へと抑制される。当然、脈波指標値に含まれる外乱光に由来する誤差が小さいほど、精度のよい脈波の波形を得ることができる。つまり、以上の構成によれば、より精度良く脈波を検出することができる。 Therefore, the error caused by the change over time of the disturbance light included in the pulse wave index value calculated by the index value calculation unit is suppressed to a relatively small value. As a matter of course, the smaller the error caused by the disturbance light included in the pulse wave index value, the more accurate the pulse wave waveform can be obtained. That is, according to the above configuration, the pulse wave can be detected more accurately.
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。 The reference numerals in parentheses described in the claims indicate, as one embodiment, the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present disclosure. is not it.
以下、本開示の実施形態について図を用いて説明する。図1は、本開示に係る脈波検出装置100の概略的な構成の一例を示す図である。脈波検出装置100は、観測対象としての人物の身体の所定部位200へ光を照射することによって、観測対象の脈波を示す脈波信号を計測(換言すれば検出)する装置である。脈波信号とは、より詳細には、観測対象の脈波を反映して変動する脈波変動成分を表す信号である。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the pulse
この脈波検出装置100は、図1に示すように、少なくとも制御部1と、発光モジュール2と、受光モジュール3と、を備える。また、本実施形態ではより好ましい態様として、脈波検出装置100は、加速度センサ4、操作部5、表示部6、無線通信モジュール7、及び充電部8を備えるものとする。発光モジュール2、受光モジュール3、加速度センサ4、操作部5、表示部6、無線通信モジュール7、及び充電部8はそれぞれ制御部1と電気的に通信可能に接続されている。なお、電気的に接続されている態様には、双方向又は単方向通信可能に接続されている態様も含まれる。
As shown in FIG. 1, the pulse
なお、脈波検出装置100は、上述した全ての構成要素が1つの筐体に収容されていてもよいし、2以上の筐体に分割して収容されてもよい。脈波検出装置100は、その全体が、観測対象としての人物(以降、ユーザ)の身体に装着されて使用されるように構成されていてもよい。また、一部のみをユーザの身体に装着するものであってもよい。ユーザの身体に装着されるべき構成要素としては、発光モジュール2及び受光モジュール3が挙げられる。また、脈波検出装置100が加速度センサ4を備える場合には加速度センサ4もまた、ユーザの身体に装着されるべき構成に該当する。脈波検出装置100の一部又は全部を装着するユーザの身体部位としては、例えば、手首、腕、胴部、脚、首、頭部等が挙げられる。
In the pulse
本実施形態では一例として脈波検出装置100は、全ての構成要素が1つの筐体に収容されており、ユーザの手首に装着されて使用されるものとする。すなわち、脈波検出装置100は、腕時計型或いはリストバンド型のウェアラブルデバイスとして構成されているものとする。
In the present embodiment, as an example, in the pulse
制御部1は、脈波検出装置100の作動を制御することによって前述の脈波信号を生成する構成である。また、本実施形態の制御部1は、詳細は別途後述するように、脈波信号を解析することによってピーク間隔や、ピーク間隔のゆらぎの有無、包絡線波形等を特定し、ユーザの状態を特定する機能も備える。
The
この制御部1は、コンピュータとして構成されている。すなわち、制御部1は、CPU11、RAM12、ROM13、I/O14、及びこれらの構成を接続するバスラインなどを備える。CPU11は例えばマイクロプロセッサ等を用いて実現されればよい。制御部1が備えるCPU11の数は1つでも複数でもよい。また、制御部1は、CPU11の代わりに、GPUやMPUを用いて実現されていても良い。さらにCPUやGPU、MPUを組み合わせて実現されていてもよい。I/O14は、制御部1が、脈波検出装置100が備える他の構成とデータの入出力をするためのインターフェースである。I/O14は、ICやデジタル回路素子、アナログ回路素子などを用いて実現されればよい。
The
ROM13には、通常のコンピュータを制御部1として機能させるためのプログラム(以降、脈波検出プログラム)等が格納されている。なお、上述の脈波検出プログラムは、ROM13などの非遷移的実体的記録媒体(non- transitory tangible storage medium)に格納されていればよい。脈波検出プログラムは、ROM13に代わってフラッシュメモリに保存されていても良い。CPU11が脈波検出プログラムを実行することは、脈波検出プログラムに対応する方法が実行されることに相当する。
The
制御部1はCPU11が上述の脈波検出プログラムを実行することによって、図2に示す種々の機能ブロックに対応する機能を提供する。すなわち、制御部1は機能ブロックとして、発光制御部F1、受光強度取得部F2、脈波指標値算出部F3、特定対象設定部F4、目標レベル設定部F5、A/D変換設定変更部F6、発光回数調整部F7、生体情報特定部F8、及び、提示処理部F9を備える。受光強度取得部F2はより細かい機能(換言すればサブ機能)として発光時強度取得部F21、発光前強度取得部F22、及び発光後強度取得部F23を備える。脈波指標値算出部F3はより細かい機能(換言すればサブ機能)として前差分強度算出部F31及び後差分強度算出部F32を備える。これらの機能の詳細については別途後述する。発光時強度取得部F21、発光前強度取得部F22、及び発光後強度取得部F23が順に、請求項に記載の照射時強度取得部、照射前強度取得部、照射後強度取得部に相当する。A/D変換設定変更部F6が請求項に記載の変換部設定変更部に相当する。
The
なお、制御部1を構成するこれらの機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。ハードウェアを用いて実現する態様には1つ又はICを用いて実現する態様も含まれる。
The method for realizing these functions constituting the
発光モジュール2は、発光ダイオード(以降、LED:Light Emitting Diode)21及び駆動回路22を備える。駆動回路22は、制御部1からの指示に従って、LED21に通電し、所定のパルス幅の光を照射させる(換言すれば発光させる)回路である。LED21が照射する光は、可視光であることが好ましい。例えば波長が5000Å~7000Åである光とすればよい。可視光を用いて脈波を検出する構成によれば、ユーザは、LED21から光が発せられていることに基づいて、視覚的に脈波検出装置100が動作しているか否かを認識できる。なお、他の態様としてLED21は近赤外線等を出力する赤外線LEDであってもよい。
The
発光モジュール2は、予め規定された脈波検出装置100の使用方法において、ユーザの所定部位200に向けて光を照射するように構成されている。発光モジュール2が請求項に記載の発光部に相当する。発光モジュール2が光の照射対象とする部位(以降、照射部位)200は適宜選定されればよく、例えば、手首や、指、足首、首、額などを採用することができる。照射部位200は、心拍に従って発生する、血管内の血液の波動的な圧力変動が相対的に生じやすい部位であることが好ましい。
The
なお、本実施形態の脈波検出装置100はユーザの手首に装着されて使用されることを想定して構成されている。故に、照射部位200は手首である。照射部位200として手首を採用する場合、脈波検出装置100において発光モジュール2は、ユーザの手首と接する面に設けられた照射窓から光を照射するように構成されていればよい。脈波検出装置100の外観構成及び使用方法は、照射部位に応じて適宜設計されればよい。LED21が照射した光の一部は皮膚の毛細血管内において反射される。
The pulse
受光モジュール3は、フォトダイオード(以降、PD:Photodiode)、電流電圧変換部(以降、I/V変換部)32、及びアナログデジタル変換部(以降、A/D変換部)33を備える。受光モジュール3が請求項に記載の受光部に相当する。PD31は、LED21が照射する光を含む波長帯の光を受光して、電気信号に変換して出力する受光素子である。なお、受光素子としては例えばフォトトランジスタを用いても良い。
The
PD31は受光量に応じた電流信号を出力する。PD31は、LED21が照射した光のうち、毛細血管内の血液(より具体的にはヘモグロビン)で反射された光を受光するように構成されている。例えばPD31はLED21と隣接する位置に、LED21の照射方向から到来する光を受光するように配置されている。
The
PD31は、LED21が照射した光のうち、毛細血管内で反射された光を受光し、電気信号として取り出す機能を果たす。取り出した電気信号は、ユーザの脈波を反映して変動する脈波変動成分を含む信号である。I/V変換部32は、PD31が出力する電流信号を電圧信号に変換してA/D変換部33に出力する。
The
A/D変換部33は、I/V変換部32から入力されるアナログ電圧信号を所定の分解能(換言すればビット数)で量子化したデータを出力する構成である。つまり、周知のアナログデジタル(以降、A/D:Analog to Digital)変換処理を実施する。A/D変換部33が出力するデータは、受光量の大きさを示す。A/D変換部33は、制御部1からの指示に基づいてA/D変換を実施する。本実施形態のA/D変換部33は、ΔΣ変調を用いてA/D変換を行うΔΣ型のA/Dコンバータとする。他の態様としてA/D変換部33は、並列比較型のA/Dコンバータや、逐次比較型A/Dコンバータ、追従比較型A/Dコンバータであってもよい。
The A /
なお、A/D変換部33としてのΔΣ型A/Dコンバータは、入力信号の値とある固定電圧値の差を求める減算(つまりΔ)回路と、その減算した結果を次々に加えて行く加算回路(または積分回路)と、加算結果を基準値と比較する比較器、その比較結果(デジタル値)に応じて動作するスイッチとを用いて実現することができる。
The ΔΣ type A / D converter as the A /
A/D変換部33は、A/D変換部33の動作を制御するパラメータであって、且つ、制御部1が設定値を変更可能なパラメータとして、オーバーサンプリングレート(以降、OSR:Over-Sampling Rate)と、使用ビット数とを備える。OSRは、サンプリングレートを規定するパラメータである。OSRを上げるとA/D変換の精度が向上する一方、A/D変換に要する時間が長くなる。
The A /
使用ビット数は、デジタル変換後の値を示す際に使用するビットの数を規定するパラメータである。使用ビット数が多いほど、分解能は上がる。なお、使用ビット数には上限が予め定められている。ここでは一例として使用ビット数の上限は24ビットに設定されているものとする。OSRや使用ビット数は制御部1によって変更される。
The number of bits used is a parameter that defines the number of bits used to indicate the value after digital conversion. The larger the number of bits used, the higher the resolution. An upper limit is set in advance for the number of bits used. Here, as an example, it is assumed that the upper limit of the number of bits used is set to 24 bits. The OSR and the number of bits used are changed by the
加速度センサ4は、加速度を検出するセンサである。加速度センサ4としては、例えば、互いに直交する3つの検出軸を備え、各軸方向に作用する加速度を計測するセンサ(つまり3軸加速度センサ)を採用することができる。もちろん、他の態様として加速度センサ4は2軸加速度センサや1軸加速度センサなどであっても良い。加速度センサ4は、検出した加速度を表すデータを制御部1に逐次出力する。
The
本実施形態のように脈波検出装置100がユーザの身体に装着されて使用されるものである場合、加速度センサ4は、ユーザの動きに応じた加速度の向き及び大きさを検出する。そのため、加速度センサ4はユーザの動きの有無等を検出するためのセンサとして機能する。なお、ユーザの動きを感知するためのセンサとしては、加速度センサ4の代わりにジャイロセンサを用いても良い。
When the pulse
操作部5は、ユーザの操作を受け付け、操作に対応した信号(以降、操作信号)を制御部1に出力する構成である。ユーザの操作としては、例えば後述する生体情報特定処理の実行を指示する操作や、特定対象とする生体情報の変更を指示する操作等が含まれうる。なお、操作部5を操作する人物はユーザ以外の者であってもよい。例えば、医師、看護師等であってもよい。操作部5は、物理的に実現されたボタンを用いて実現されていてもよいし、表示部6に積層されたタッチパネルであってもよい。また、音声入力装置であっても良い。それらを組み合わせて備えていてもよい。
The
表示部6は、画像を表示可能な装置である。表示部6は、制御部1から入力された画像を表示する。無線通信モジュール7は、外部と無線通信を行うための通信モジュールである。無線通信モジュール7は、ユーザが携帯する通信端末(例えばスマートフォン)と直接的に無線通信を実施するための通信モジュールであってもよいし、広域通信網を介してサーバ等と通信するための通信モジュールであっても良い。スマートフォン等の携帯端末と直接的に無線通信を実施するための通信規格としては、Bluetooth(登録商標)などを採用することができる。充電部8は、外部電源と有線接続又は無線接続されることによって、脈波検出装置100が備える二次電池(図示略)に電力を供給する回路である。
The
<指標値算出処理>
次に、制御部1が実行する指標値算出処理について、図3及び図4に基づき説明する。指標値算出処理は、ユーザの脈波を反映して変動する脈波変動成分を表すパラメータである脈波指標値Mを算出する処理である。指標値算出処理は、所定のサンプリング周期Ts毎に繰り返し実行される。指標値算出処理を繰り返し実施することを以降ではサンプリングとも称する。サンプリングは、例えば後述する生体情報特定処理の開始に対応する操作が行われた場合に実行される。
<Index value calculation process>
Next, the index value calculation process executed by the
1回の指標値算出処理によって取得される脈波指標値Mは、詳細は後述するように、或る1時点における血管の状態(容積/圧力)を表すものである。故に、指標値算出処理を複数回実行することによって収集される複数時点の脈波指標値の間を直線又は曲線で結んで(換言すれば補間して)なるグラフは、図3の(A)及び(B)に示すように、脈波の波形を表す。脈波指標値Mが冒頭に記載の脈波信号に相当する。なお、図3は指標値算出処理の概要を表す模式図であり、図3の(C)は1回の指標値算出処理での制御部1の作動を示している。
The pulse wave index value M acquired by one index value calculation process represents the state (volume / pressure) of the blood vessel at a certain time point, as will be described in detail later. Therefore, the graph formed by connecting (in other words, interpolating) the pulse wave index values at a plurality of time points collected by executing the index value calculation process with a straight line or a curve is shown in FIG. 3 (A). And, as shown in (B), the waveform of the pulse wave is represented. The pulse wave index value M corresponds to the pulse wave signal described at the beginning. Note that FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of the index value calculation process, and FIG. 3C shows the operation of the
1回の指標値算出処理において制御部1の発光制御部F1は、少なくとも1回はLED21を発光させる。また、受光強度取得部F2は、LED21を発光させているときとその前後において、A/D変換部33に対してA/D変換を実施するように指示し、それらの時点での受光強度を取得する。1回の指標値算出処理においてLED21を複数回発光させる場合には、所定の発光間隔Tpで発光させる。
In one index value calculation process, the light emission control unit F1 of the
なお、発光間隔Tpは、LED21を発光させ始めてから消灯させるまでの発光継続時間Tqと、LED21を消灯した状態を維持する消灯継続時間との合算値である。消灯継続時間は、別の観点によれば、発光間隔Tpから発光継続時間Tqを減算した時間である。A/D変換部33を動作させることによって受光強度を取得する間隔Trは、脈波変動成分が一定であると見なせるほど、平均的な脈拍の間隔に対して十分に小さい値に設定されているものとする。脈拍の間隔は、RRI(R-R Interval)に相当する。A/D変換部33の動作時間(換言すればサンプリング時間)は、適宜設計されればよい。
The light emission interval Tp is a total value of the light emission duration Tq from the start of light emission of the
図3では一例として1回の指標値算出処理において2回発光させる場合を例示している。図4は、1回の指標値算出処理でLED21を発光させる回数(以降、発光回数)Kを2回に設定している場合の、指標値算出処理実行時の制御部1の作動を表すフローチャートである。
FIG. 3 illustrates a case where light is emitted twice in one index value calculation process as an example. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the
図4に示すフローチャートは、生体情報特定処理の開始に対応する操作が行われてから、所定の解析所要回数実行されるまで、サンプリング周期Ts毎に繰り返し実行される。具体的には後述する生体情報特定処理のステップS204に移ってからステップS207に移るまで、定期的に実行される。なお、指標値算出処理の実行条件は適宜設計されればよく、上述した態様に限らない。以下の説明におけるステップの実行主体が省略されている場合、そのステップの実行主体は制御部1である。指標値算出処理において取得又は算出される種々のデータはRAM12に保存されて他の演算処理に利用されるものとする。
The flowchart shown in FIG. 4 is repeatedly executed every sampling cycle Ts from the operation corresponding to the start of the biometric information identification process to the execution of a predetermined number of times required for analysis. Specifically, it is periodically executed from the step S204 to the step S207 of the biometric information identification process described later. The execution conditions for the index value calculation process may be appropriately designed, and are not limited to the above-described embodiments. When the execution subject of the step in the following description is omitted, the execution subject of the step is the
まずステップS101では発光制御部F1が、LED21を消灯させる指示を発光モジュール2(より具体的には駆動回路22)に出力し、消灯状態に移行させる。なお、既に消灯状態である場合にはその状態を継続させればよい。そして、受光強度取得部F2が、A/D変換部33を動作させ、A/D変換部33からPD31が受光している光の強度(以降、受光強度)を示すデータを取得してステップS102に移る。
First, in step S101, the light emission control unit F1 outputs an instruction to turn off the
以降、当該ステップS101で取得した受光強度の値を、他のステップで取得する受光強度と区別するために、L1と記載する。他のステップで取得される受光強度についても、その具体的な値を示す変数としてL2~L5を導入して記載する。また、以降では、LED21を消灯している時の受光強度のことを消灯時強度とも記載するとともに、LED21を発光させている時の受光強度のことを発光時強度とも記載する。
Hereinafter, the value of the light receiving intensity acquired in the step S101 will be referred to as L1 in order to distinguish it from the light receiving intensity acquired in the other steps. Regarding the light receiving intensity acquired in the other steps, L2 to L5 are introduced and described as variables indicating the specific values. Further, hereinafter, the light receiving intensity when the
消灯時強度L1は、LED21からユーザへ光を照射していないときに、PD31にて受光した光の強度を表すため、外乱光の強度(つまり外乱光成分)を表す。外乱光とは、LED21を発光させていなくともPD31にて受光される光である。外乱光には、例えば太陽光や照明の光等が含まれうる。また、ステップS101で取得する消灯時強度L1は、次のステップS102でLED21を発光させる前の消灯時強度に該当する。故に、消灯時強度L1は、次のステップS102でのLED21の発光に対応する発光前強度(換言すれば照射前強度)に該当する。発光前強度とは、LED21を発光させる前の状態における受光強度である。ステップS101において消灯時強度L1を取得する受光強度取得部F2が、前述の発光前強度取得部F22、すなわち請求項に記載の照射前強度取得部に相当する。
The extinguishing intensity L1 represents the intensity of the disturbance light (that is, the disturbance light component) because it represents the intensity of the light received by the
ステップS102では発光制御部F1が、LED21を発光させるための信号を駆動回路22に出力し、所定の発光継続時間Tqだけ発光させる。発光継続時間TqはLED21が発光している時の受光強度をA/D変換部33が出力可能なように、A/D変換部33の応答速度や処理速度に基づいて適宜設計されれば良い。
In step S102, the light emission control unit F1 outputs a signal for causing the
また、ステップS102では上記のLED21の発光と並行して、受光強度取得部F2がA/D変換部33を動作させ、LED21発光時の受光強度(以降、発光時強度)L2を示すデータを取得してステップS103に移る。発光時強度L2は請求項に記載の照射時強度に相当する。ステップS102で取得する発光時強度L2は、1回の指標値算出処理における1回目のLED21の発光に対応する発光時強度に相当する。発光時強度L2を取得する受光強度取得部F2が、前述の発光時強度取得部F21、すなわち照射時強度取得部に相当する。
Further, in step S102, the light receiving intensity acquisition unit F2 operates the A /
発光時強度L2は、外乱光成分に脈波変動成分が重畳した値を示す。具体的には、発光時強度L2は、外乱光成分に、LED21が照射した光が毛細血管内で反射されて戻ってきた成分と、LED21が照射した光が体表面(すなわち皮膚)で反射されて戻ってきた成分(以降、表面反射成分)とが加わった値である。表面反射成分は、脈波検出装置100の装着状態が安定している場合には、血管の状態に依らずに一定である一方、毛細血管内で反射されて戻って来る成分は血管の状態に応じて変動する。毛細血管内で反射されて戻って来る成分が脈波変動成分に該当する。なお、ここでいう一定とは、経時的な変化が所定値以内であることが含まれうる。体表面反射成分は一定と見なすことができるため、脈波の波形に基づいて生体情報を特定するフェーズにおいては無視することができる。
The intensity L2 at the time of light emission indicates a value in which a pulse wave fluctuation component is superimposed on a disturbance light component. Specifically, the emission intensity L2 is a component in which the light irradiated by the
ステップS103では、ステップS101と同様に発光制御部F1が、LED21を消灯させる指示を駆動回路22に出力して消灯状態に移行させる。そして、受光強度取得部F2が、A/D変換部33を動作させ、消灯時強度L3を取得してステップS104に移る。
In step S103, similarly to step S101, the light emission control unit F1 outputs an instruction to turn off the
ステップS103で取得する消灯時強度L3は、ステップS102でのLED21の発光に対応する発光後強度(換言すれば照射後強度)に該当する。故に、消灯時強度L3を取得する受光強度取得部F2は、前述の発光後強度取得部F23、すなわち照射後強度取得部に相当する。
The extinguishing intensity L3 acquired in step S103 corresponds to the post-emission intensity (in other words, post-irradiation intensity) corresponding to the emission of the
また、消灯時強度L3は、ステップS107でLED21を発光させる前の消灯時強度に該当する。故に、消灯時強度L3は、ステップS107でのLED21の発光に対応する発光前強度に該当する。消灯時強度L3を取得する受光強度取得部F2は、前述の発光前強度取得部F22、すなわち照射前強度取得部にも相当する。
Further, the extinguishing intensity L3 corresponds to the extinguishing intensity before the
ステップS104では前差分強度算出部F31が、発光時強度L2から、当該発光時強度L2を取得する直前に取得した消灯時強度L1を減算した値Lb1を算出して、ステップS105に移る。以降では、発光時強度から、当該発光時強度を取得する直前に取得した消灯時強度を減算した値のことを前差分強度と記載する。つまりステップS104は、ステップS102のLED21の発光に対応する前差分強度Lb1を算出するステップである。前差分強度は、主として脈波変動成分と表面反射成分とを示す。ただし、前差分強度には、ステップS101を実行してからステップS102を実行するまでの時間差に由来する外乱光成分の経時変化分が、誤差として含まれる。
In step S104, the front difference intensity calculation unit F31 calculates a value Lb1 obtained by subtracting the extinguishing intensity L1 acquired immediately before acquiring the emission intensity L2 from the emission intensity L2, and moves to step S105. Hereinafter, the value obtained by subtracting the extinguishing intensity acquired immediately before acquiring the emission intensity from the emission intensity will be referred to as a pre-differential intensity. That is, step S104 is a step of calculating the pre-differential intensity Lb1 corresponding to the light emission of the
ステップS105では後差分強度算出部F32が、発光時強度L2から、当該発光時強度L2を取得した直後に取得した消灯時強度L3を減算した値La1を算出して、ステップS106に移る。以降では、発光時強度から、当該発光時強度を取得する直後に取得した消灯時強度を減算した値のことを後差分強度と記載する。つまり、ステップS105はステップS102でのLED21の発光に対応する後差分強度La1を算出するステップである。後差分強度は、主として脈波変動成分と表面反射成分とを示す。ただし、後差分強度にも、前差分強度と同様に、ステップS102を実行してからステップS103を実行するまでの時間差に由来する外乱光成分の経時変化分が、誤差として含まれる。
In step S105, the post-differential intensity calculation unit F32 calculates a value La1 obtained by subtracting the extinguishing intensity L3 acquired immediately after acquiring the emission intensity L2 from the emission intensity L2, and moves to step S106. Hereinafter, the value obtained by subtracting the extinguishing intensity acquired immediately after acquiring the emission intensity from the emission intensity will be referred to as the post-differential intensity. That is, step S105 is a step of calculating the post-differential intensity La1 corresponding to the light emission of the
ステップS106では脈波指標値算出部F3が、ステップS104で算出した前差分強度Lb1とステップS105で算出した後差分強度La1とを加算した値をサブ指標値N1として算出し、ステップS107に移る。このようにして算出されるサブ指標値N1は、図5に示すように、仮に外乱光成分の経時的な変化量が一定である場合、前差分強度に含まれる外乱光成分の誤差(+1)と、後差分強度に含まれる外乱光成分の誤差(-1)とが相殺し、LED発光時点での生体成分をちょうど2倍した値が得られる。ここでの生体成分とは、脈波変動成分と体表面反射成分とを合わせたものである。図5ではLED発光時点での生体成分を100としている場合を例示している。 In step S106, the pulse wave index value calculation unit F3 calculates the value obtained by adding the pre-difference intensity Lb1 calculated in step S104 and the post-difference intensity La1 calculated in step S105 as the sub-index value N1, and moves to step S107. As shown in FIG. 5, the sub-index value N1 calculated in this way is an error (+1) of the disturbance light component included in the pre-differential intensity when the change amount of the disturbance light component with time is constant. And the error (-1) of the ambient light component included in the post-differential intensity cancel each other out, and a value obtained by exactly doubling the biological component at the time of LED light emission is obtained. The biological component here is a combination of a pulse wave fluctuation component and a body surface reflection component. FIG. 5 illustrates a case where the biological component at the time of LED light emission is 100.
このようにして求まるサブ指標値N1は、生体成分を2回計測した分の受光強度を示すパラメータである。また、サブ指標値N1は、脈波変動成分を含むため脈波指標と同様に、或る1時点における血管の状態(容積/圧力)を表すものである。故に、サブ指標値N1自体もまた、脈波指標値Mとして利用可能である。 The sub-index value N1 obtained in this way is a parameter indicating the light receiving intensity of the biological component measured twice. Further, since the sub-index value N1 contains a pulse wave fluctuation component, it represents the state (volume / pressure) of the blood vessel at a certain time point, similarly to the pulse wave index. Therefore, the sub-index value N1 itself can also be used as the pulse wave index value M.
再び図4に戻ってサンプリン処理の説明を続ける。制御部1はステップS106での処理が完了するとステップS107を実行する。ステップS107では、ステップS102と同様に発光制御部F1が、LED21を発光させるための信号を駆動回路22に出力して発光させるとともに、受光強度取得部F2が、A/D変換部33を動作させ発光時強度L4を取得してステップS108に移る。ステップS107で取得する発光時強度L4は、1回の指標値算出処理において2回目の発光に対応する発光時強度に相当する。
Returning to FIG. 4 again, the explanation of the sampler processing will be continued. The
ステップS108では、ステップS101、S103と同様に発光制御部F1が、LED21を消灯させる指示を駆動回路22に出力して消灯状態に移行させる。そして、受光強度取得部F2が、A/D変換部33を動作させ、消灯時強度L5を取得してステップS109に移る。消灯時強度L5は、ステップS107でのLED21の発光に対応する発光後強度に該当する。
In step S108, similarly to steps S101 and S103, the light emission control unit F1 outputs an instruction to turn off the
ステップS109では前差分強度算出部F31が、ステップS107でのLED21の発光に対応する前差分強度Lb2を算出する。すなわち、発光時強度L4から、当該発光時強度L4を取得する直前に取得した消灯時強度L3を減算することによって前差分強度Lb2を算出する。ステップS109での処理が完了するとステップS110に移る。
In step S109, the front difference intensity calculation unit F31 calculates the front difference intensity Lb2 corresponding to the light emission of the
ステップS110では後差分強度算出部F32が、ステップS107でのLED21の発光に対応する後差分強度La2を算出する。すなわち、発光時強度L4から、当該発光時強度L4を取得する直後に取得した消灯時強度L5を減算することによって後差分強度La2を算出する。S110での処理が完了するとステップS111に移る。
In step S110, the posterior difference intensity calculation unit F32 calculates the posterior difference intensity La2 corresponding to the light emission of the
ステップS111では脈波指標値算出部F3が、S109で算出した前差分強度Lb2とS110で算出した後差分強度La2とを加算した値をサブ指標値N2として算出し、S112に移る。なお、ステップS106で算出されるサブ指標値N1は、ステップS102でのLED21の発光(つまり1回目の発光)に対応するサブ指標値であり、S111で算出されるサブ指標値N1はステップS107でのLED21の発光(つまり2回目の発光)に対応するサブ指標値である。以降ではサブ指標値N1、N2とを区別せずに、サブ指標値N1、N2に相当する概念を指す場合にはサブ指標値Nと記載する。脈波指標値算出部F3は、LED21を発光させる度に、前差分強度と後差分強度の和であるサブ指標値Nを算出する。
In step S111, the pulse wave index value calculation unit F3 calculates the value obtained by adding the front difference intensity Lb2 calculated in S109 and the rear difference intensity La2 calculated in S110 as the sub-index value N2, and moves to S112. The sub-index value N1 calculated in step S106 is a sub-index value corresponding to the light emission of the
ステップS112では脈波指標値算出部F3が、ステップS106で算出したサブ指標値N1とステップS111で算出したサブ指標値N2とを加算した値を脈波指標値Mとして算出し、本フローを終了する。 In step S112, the pulse wave index value calculation unit F3 calculates the value obtained by adding the sub-index value N1 calculated in step S106 and the sub-index value N2 calculated in step S111 as the pulse wave index value M, and ends this flow. do.
なお、以上では1回の指標値算出処理における発光回数Kを2回とする場合の制御部1の作動を説明したが発光回数Kは、特定対象とする生体情報の種類に応じて適宜設計されればよい。発光回数Kは1回であってもよい。K=1とする場合にはサブ指標値N1をそのまま脈波指標値Mとして採用すればよい。
In the above, the operation of the
発光回数Kが多いほど、図6に示すように、脈波指標値Mが推移するレベルは高くなるとともに、その振幅も大きくなる。脈波指標値Mの推移レベルが高いほど、脈波変動成分に対する外乱光成分の比率(つまり、S/N比)は小さくなる。すなわち、発光回数Kを大きい値に設定するほど、脈波指標値Mに含まれる誤差としての外乱光成分を抑制でき、脈波指標値Mを時系列順に並べてなるデータは、実際の脈波の波形が備える特徴(ピークの鋭さ等)をより精度良く示すデータとなる。図6における破線は発光回数Kを1回に設定した場合の推移レベルを概念的に表しており、一点鎖線は発光回数Kを2回に設定した場合の推移レベルを概念的に表している。実線は発光回数Kを3回に設定した場合の推移レベルを概念的に表している。 As the number of light emission K increases, as shown in FIG. 6, the level at which the pulse wave index value M changes increases, and the amplitude thereof also increases. The higher the transition level of the pulse wave index value M, the smaller the ratio of the disturbance light component to the pulse wave fluctuation component (that is, the S / N ratio). That is, the larger the number of light emission K is set, the more the disturbance light component as an error included in the pulse wave index value M can be suppressed, and the data obtained by arranging the pulse wave index values M in chronological order is the actual pulse wave. The data shows the characteristics (peak sharpness, etc.) of the waveform with higher accuracy. The broken line in FIG. 6 conceptually represents the transition level when the number of light emission K is set to 1, and the alternate long and short dash line conceptually represents the transition level when the number of light emission K is set to 2. The solid line conceptually represents the transition level when the number of light emission K is set to 3.
なお、1回の指標値算出処理における発光回数Kを1回増やす毎に、ステップS107~S111に相当する処理を実行する回数を増やせばよい。発光回数Kを増やすことはサブ指標値Nの加算回数を増やすことに相当する。また、発光回数Kを増やすことは、脈波指標値Mが推移するレベル、すなわち、脈波指標値Mをつなげてなる脈波波形の推移レベルを高くしたり振幅を大きくしたりすることに相当する。 It should be noted that each time the number of light emission K in one index value calculation process is increased, the number of times the process corresponding to steps S107 to S111 is executed may be increased. Increasing the number of light emission K corresponds to increasing the number of additions of the sub-index value N. Further, increasing the number of times of light emission K corresponds to a level at which the pulse wave index value M changes, that is, an increase in the transition level of the pulse wave waveform formed by connecting the pulse wave index values M or an increase in amplitude. do.
脈波指標値Mは、1回の指標値算出処理で算出されるサブ指標値Nの合計値である。個々のサブ指標値Nは脈波変動成分を表すものであり、また、発光間隔Tpは脈拍の間隔に対して十分に小さい値に設定されているため、サブ指標値Nの合算値である脈波指標値Mもまた或る1時点での脈波変動成分を示す。 The pulse wave index value M is the total value of the sub-index values N calculated in one index value calculation process. Each sub-index value N represents a pulse wave fluctuation component, and since the emission interval Tp is set to a value sufficiently smaller than the pulse interval, the pulse is the total value of the sub-index values N. The wave index value M also indicates a pulse wave fluctuation component at a certain time point.
なお、本実施形態では1回の指標値算出処理で算出されるサブ指標値Nの数は、発光回数Kと一致する。故に、1回の指標値算出処理の発光回数Kを4回とした場合には、サブ指標値Nは4回算出され、その合計値が脈波指標値となる。1つのサブ指標値NはLED発光時点での生体成分を約2倍した値となるため、発光回数Kを4回とした場合の脈波指標値Mは、生体成分を8倍した値と同等の信号強度(換言すればレベル)となる。 In this embodiment, the number of sub-index values N calculated in one index value calculation process coincides with the number of light emission times K. Therefore, when the number of light emission K of one index value calculation process is four, the sub index value N is calculated four times, and the total value becomes the pulse wave index value. Since one sub-index value N is a value obtained by doubling the biological component at the time of LED light emission, the pulse wave index value M when the number of times of light emission K is 4 is equivalent to the value obtained by multiplying the biological component by 8. Signal strength (in other words, level).
制御部1は以上の指標値算出処理によって逐次取得する脈波指標値Mを時系列順に並べることで、図3に示す脈波の波形を示す信号系列を形成する。
The
<生体情報特定処理について>
次に制御部1が実行する生体情報特定処理について説明する。生体情報特定処理は、指標値算出処理によって得られる脈波指標値の時間変化(つまり脈波)を解析することによって、ユーザの状態を示す所定の項目の数値/状態を特定する処理である。
<About biometric information identification processing>
Next, the biometric information identification process executed by the
生体情報特定部F8が脈波の波形から特定可能な項目(換言すれば生体情報の種類)は適宜設計されれば良い。ここでは一例として生体情報特定部F8は、脈拍数、自律神経の活動状態、呼吸数、呼吸深度、胸腔内圧変化量、及び血圧を特定可能に構成されているものとする。もちろん、生体情報特定部F8は、これらの全てを特定可能に構成されている必要はなく、その一部のみを特定可能に構成されていてもよい。また、上述した以外の項目を特定可能に構成されていてもよい。 Items that can be identified by the biological information specifying unit F8 from the waveform of the pulse wave (in other words, the type of biological information) may be appropriately designed. Here, as an example, it is assumed that the biological information specifying unit F8 is configured to be able to specify the pulse rate, the activity state of the autonomic nerve, the respiratory rate, the respiratory depth, the amount of change in the intrathoracic pressure, and the blood pressure. Of course, the biometric information specifying unit F8 does not have to be configured to be able to specify all of them, and may be configured to be able to specify only a part of them. In addition, items other than those described above may be identifiable.
なお、脈拍数(換言すれば心拍数)は、脈波のピーク間隔(つまりRRI)に基づいて算出可能である。例えば、60秒を、一定時間当りのRRIの平均値又は中央値で除算した値を脈拍数として採用可能である。自律神経の活動状態は、RRIのゆらぎの有無によって特定可能である。具体的にはRRIの時系列データを周波数解析することによって特定可能である。自立神経の活動状態には、交感神経と副交感神経のどちらか活性(換言すれば優位)であるかが含まれる。交感神経の活性度合いは、ユーザがストレスを感じているか、リラックスしているかの指標としても機能する。 The pulse rate (in other words, the heart rate) can be calculated based on the peak interval of the pulse wave (that is, RRI). For example, a value obtained by dividing 60 seconds by the average value or the median value of RRI per fixed time can be adopted as the pulse rate. The activity state of the autonomic nerve can be specified by the presence or absence of fluctuation of RRI. Specifically, it can be specified by frequency analysis of RRI time series data. The active state of the autonomic nerve includes whether the sympathetic nerve or the parasympathetic nerve is active (in other words, dominant). The degree of sympathetic nerve activity also serves as an indicator of whether the user is stressed or relaxed.
呼吸数は、一定時間当りの呼吸数である。一定時間あたりの呼吸数は、当該時間帯における脈波の包絡線のピークの数によって特定可能である。脈波の包絡線のピーク間隔は、呼吸のリズムを表す。故に、生体情報特定部F8は、脈波呼吸のリズムも特定可能である。呼吸深度は、脈波の包絡線の振幅に基づいて特定可能である。胸腔内圧変化量は、脈波の1次包絡線と2次包絡線の差分によって表される。血圧は、脈波を時間で2回微分した波形(いわゆる加速度脈波)が備える特徴点の分布から特定可能である。なお、加速度脈波は学術的には2階微分脈波とも称される。 Respiratory rate is the respiratory rate per fixed time. The respiratory rate per fixed time can be specified by the number of peaks of the envelope of the pulse wave in the time zone. The peak spacing of the envelope of the pulse wave represents the rhythm of breathing. Therefore, the biological information specifying unit F8 can also specify the rhythm of pulse wave respiration. Respiratory depth can be determined based on the amplitude of the envelope of the pulse wave. The amount of change in intrathoracic pressure is represented by the difference between the primary and secondary envelopes of the pulse wave. Blood pressure can be specified from the distribution of feature points included in a waveform obtained by differentiating a pulse wave twice with respect (so-called acceleration pulse wave). The acceleration pulse wave is also academically referred to as a second-order differential pulse wave.
制御部1(具体的には生体情報特定部F8)が特定対象とする項目(以降では特定対象)は、操作部5を介してユーザによって選択可能に構成されている。すなわち、ユーザは、操作部5を操作することで特定対象項目を選択することができる。また、本実施形態の制御部1は、ユーザによって複数種類の項目を特定対象に設定可能に構成されているものとする。
Items (hereinafter referred to as specific targets) specified by the control unit 1 (specifically, the biological information specifying unit F8) are configured to be selectable by the user via the
生体情報特定処理は、例えば、操作部5に対して生体情報特定処理の開始を指示するユーザ操作が行われた場合に実行される。生体情報特定処理の開始を指示するユーザ操作が行われたか否かといったユーザ操作の内容は操作部5から入力される操作信号によって特定される。生体情報特定処理は、所定の特定周期Txで自動的に繰り返し実行されてもよい。換言すれば、制御部1は所定の特定周期Txで自動的に生体情報特定処理を実行する動作モード(以降、定期診断モード)を備えていてもよい。
The biometric information specifying process is executed, for example, when a user operation instructing the
図7は生体情報特定処理を説明するためのフローチャートである。図7に示すフローチャートを用いて生体情報特定処理における制御部1の作動について説明する。なお、以下の説明におけるステップの実行主体が省略されている場合、そのステップの実行主体は制御部1である。生体情報特定処理において取得又は算出される種々のデータはRAM12に保存されて他の演算処理に利用されるものとする。
FIG. 7 is a flowchart for explaining the biological information identification process. The operation of the
まずステップS201では特定対象設定部F4が、操作部5から入力された操作信号に基づいて、特定対象としてユーザによって選択された生体情報(換言すれば項目)を特定し、当該生体情報を特定対象に設定してステップS202に移る。ステップS202では設定変更処理を実行する。設定変更処理は、脈波検出装置100の動作態様を定める種々のパラメータを、ユーザ操作によって特定対象に設定されている項目に応じた設定値に変更する処理である。設定変更処理については図8に示すフローチャートを用いて説明する。
First, in step S201, the specific target setting unit F4 specifies the biometric information (in other words, an item) selected by the user as the specific target based on the operation signal input from the
まず、設定変更処理の最初のステップとしてのステップS301では、ユーザによって特定対象に指定された項目が、脈波を高度に解析(換言すれば高精度に検出)する必要がある項目であるか否かを判定する。脈波の高度解析を必要とする項目とは、当該項目を特定する上で相対的に高精度、高分解能で収集された脈波指標値Mを母集団として用いる必要がある項目に相当する。例えば自律神経の活動状態は、RRIのゆらぎを高精度に特定する必要があるため、脈波の高度解析を必要とする項目に該当しうる。また、血圧は、脈波の1階微分や2階微分等によって定まる指標を用いて推定される。故に、血圧も脈波の高度解析が必要な項目に該当しうる。 First, in step S301 as the first step of the setting change process, whether or not the item designated as the specific target by the user needs to be highly analyzed (in other words, detected with high accuracy) the pulse wave. Is determined. The item that requires advanced analysis of the pulse wave corresponds to the item that the pulse wave index value M collected with relatively high accuracy and high resolution needs to be used as a population in order to specify the item. For example, the activity state of the autonomic nerve may correspond to an item requiring advanced analysis of pulse waves because it is necessary to identify the fluctuation of RRI with high accuracy. In addition, blood pressure is estimated using an index determined by the first-order derivative, the second-order derivative, or the like of the pulse wave. Therefore, blood pressure may also be an item that requires advanced analysis of pulse waves.
一方、RRIから定まる脈拍数は、脈波のピークさえ検出できれば特定可能となる。また、RRIのゆらぎを検出可能なほど厳密に、ピークを特定する必要もない。つまり、脈拍数は相対的に低分解能で表現された、ある程度の誤差を含む脈波指標値Mを用いても特定可能である。 On the other hand, the pulse rate determined by RRI can be specified as long as the peak of the pulse wave can be detected. In addition, it is not necessary to specify the peak so strictly that the fluctuation of RRI can be detected. That is, the pulse rate can be specified by using the pulse wave index value M, which is expressed with a relatively low resolution and includes a certain amount of error.
以上を踏まえ、ここでは一例として、自律神経の活動状態、呼吸数、呼吸深度、胸腔内圧変化量、及び血圧が、脈波の高度解析が必要な項目として予め登録されており、かつ、脈拍数は高度解析が不要な項目として設定されているものとする。脈波の高度解析を必要とする項目、及び、脈波の高度解析が不要な項目は適宜設計されれば良い。 Based on the above, here, as an example, the activity state of the autonomic nerve, the respiratory rate, the respiratory depth, the amount of change in the intrathoracic pressure, and the blood pressure are registered in advance as items that require advanced analysis of the pulse wave, and the pulse rate. Is set as an item that does not require advanced analysis. Items that require advanced analysis of pulse waves and items that do not require advanced analysis of pulse waves may be appropriately designed.
上記設定において、仮に脈波の高度解析を必要とする項目が1つも選択されていない場合には、脈波の高度解析は不要であると判定してステップS302に移る。具体的には、脈拍数のみが特定対象に設定されている場合には、脈波の高度解析は不要であると判定してステップS302に移る。一方、脈拍数以外の項目、すなわち脈波の高度解析を必要とする項目が1つでも特定対象に設定されている場合には、脈波の高度解析が必要であると判定してステップS305に移る。 In the above setting, if any item requiring the altitude analysis of the pulse wave is not selected, it is determined that the altitude analysis of the pulse wave is unnecessary, and the process proceeds to step S302. Specifically, when only the pulse rate is set as the specific target, it is determined that the altitude analysis of the pulse wave is unnecessary, and the process proceeds to step S302. On the other hand, if at least one item other than the pulse rate, that is, an item requiring advanced analysis of the pulse wave is set as a specific target, it is determined that advanced analysis of the pulse wave is necessary, and step S305 is performed. Move.
ステップS302ではA/D変換設定変更部F6が、A/D変換部33の設定を所定の簡易解析用設定に変更する。具体的にOSRと使用ビット数のそれぞれを所定のデフォルト値に設定してステップS303に移る。OSRのデフォルト値は、脈拍数を特定する上で必要十分なサンプリングレートを提供する値に設定されていればよい。使用ビット数のデフォルト値は例えば18ビットとする。ステップS302での処理が完了するとステップS303に移る。なお、OSR及び使用ビット数をそれぞれのデフォルト値に設定している状態が請求項に記載の簡易解析用モードに相当する。
In step S302, the A / D conversion setting changing unit F6 changes the setting of the A /
ステップS303では目標レベル設定部F5が、脈波指標値Mの目標レベルを、所定の第1目標レベルLv1に設定する。第1目標レベルLv1は、例えば脈波指標値Mが脈拍数の特定に必要なレベルで推移するように設定されていればよい。例えば第1目標レベルLv1は512に設定されていればよい。そのような態様によれば、脈波を9ビットの分解能で解析することができる。ステップS303での処理が完了するとステップS304を実行する。 In step S303, the target level setting unit F5 sets the target level of the pulse wave index value M to a predetermined first target level Lv1. The first target level Lv1 may be set so that, for example, the pulse wave index value M changes at a level necessary for specifying the pulse rate. For example, the first target level Lv1 may be set to 512. According to such an embodiment, the pulse wave can be analyzed with a resolution of 9 bits. When the process in step S303 is completed, step S304 is executed.
ステップS304では1回の指標値算出処理での発光回数Kを、所定の第1デフォルト回数K1に設定する。第1デフォルト回数K1は、例えば下記の関係式1を充足するように設定されている。
In step S304, the number of light emission K in one index value calculation process is set to a predetermined first default number K1. The first default number of times K1 is set so as to satisfy, for example, the following
(K1-1)×N0<Lv1≦K1×N0 ・・・(式1)
上記式1中のN0は、1回のLED発光によって得られるサブ指標値Nの設計上の想定値である。上記式1の設定によれば、必要以上にLED21を発光させることがなく、かつ、脈波指標値Mとして必要な振幅を得ることができる。本実施形態では一例として第1デフォルト回数K1は2に設定されているものとして以降の説明を行う。
(K1-1) × N0 <Lv1 ≦ K1 × N0 ・ ・ ・ (Equation 1)
N0 in the
なお、LED21から照射された光を血管が反射する量(換言すれば脈波変動成分)には、個人差がある。また、脈波検出装置100の装着状態によっても脈波変動成分としての受光強度は異なりうる。故に、ユーザ個々な身体的な特性や装着状態によって、1回のLED発光によって得られるサブ指標値Nにはばらつきがある。上記式1で用いられるサブ指標値Nの想定値N0は、平均的な体格の人物が、脈波検出装置100を設計仕様に基づいた装着状態で使用している場合に観測されるサブ指標値Nの平均値を示すものとすればよい。また、サブ指標値Nの想定値N0は、種々の体格の人物でのサブ指標値Nの実測値を母集団として統計学的に定まる代表値(例えば平均値や中央値、最頻値)としてもよい。
The amount of light emitted from the
また、本実施形態では一例として上記式1に従って第1デフォルト回数K1を設定するものとするが、これに限らない。第1デフォルト回数K1は、他の規則によって設定されても良い。例えば、正の係数αを導入して、L1の代わりに、L1×αを基準としてK1を決定しても良い。αは例えば0.8など、0.5~1.5程度の値に設定されれば良い。なお、α=1と設定した場合には式1と同一となる。ステップS304での処理が完了すると本フローを終了して、図7に示す生体情報特定処理のステップS203を実行する。
Further, in the present embodiment, as an example, the first default number of times K1 is set according to the
ステップS305ではA/D変換設定変更部F6が、A/D変換部33の設定を所定の高度解析用設定に変更する。具体的にはOSRと使用ビット数のそれぞれを所定のハイレベル値に設定してステップS303に移る。OSRのハイレベル値は、少なくともデフォルト値よりも高い値である。OSRを上げることで前述の通り、A/D変換の精度を上げることができる。OSRのハイレベル値は、例えばデフォルト値の2倍に設定されていればよい。OSRのハイレベル値は、例えば自律神経の活動状態や血圧を特定する上で必要十分なサンプリングレートに設定されていればよい。
In step S305, the A / D conversion setting changing unit F6 changes the setting of the A /
使用ビット数のハイレベル値は、使用ビット数の上限(24ビット)を超えない範囲において、使用ビット数のデフォルト値(18ビット)よりも高ければよい。使用ビット数のハイレベル値は例えば20ビットとする。使用ビット数を大きくすることで、アナログ信号としての受光強度の分解能を上げることができる。ステップS305での処理が完了するとステップS306に移る。なお、OSR及び使用ビット数をそれぞれハイレベル値に設定している状態が請求項に記載の高度解析用モードに相当する。 The high level value of the number of used bits may be higher than the default value (18 bits) of the number of used bits as long as the upper limit of the number of used bits (24 bits) is not exceeded. The high level value of the number of bits used is, for example, 20 bits. By increasing the number of bits used, the resolution of the light receiving intensity as an analog signal can be improved. When the process in step S305 is completed, the process proceeds to step S306. The state in which the OSR and the number of bits used are set to high level values corresponds to the advanced analysis mode described in the claim.
ステップS306では目標レベル設定部F5が、脈波指標値Mの目標レベルを、所定の第2目標レベルLv2に設定する。第2目標レベルLv2は、例えば脈波指標値Mが自律神経の活動状態や血圧の特定に必要な振幅で推移するように設定されていればよい。第2目標レベルLv2は、第1目標レベルLv1よりも大きい値に設定されている。例えば第2目標レベルLv2は1024に設定されていればよい。そのような態様によれば、脈波を10ビットの分解能で解析することができる。ステップS306での処理が完了するとステップS307を実行する。 In step S306, the target level setting unit F5 sets the target level of the pulse wave index value M to a predetermined second target level Lv2. The second target level Lv2 may be set so that, for example, the pulse wave index value M changes with an amplitude necessary for specifying the activity state of the autonomic nerve and the blood pressure. The second target level Lv2 is set to a value larger than the first target level Lv1. For example, the second target level Lv2 may be set to 1024. According to such an embodiment, the pulse wave can be analyzed with a resolution of 10 bits. When the process in step S306 is completed, step S307 is executed.
ステップS307では、1回の指標値算出処理での発光回数Kを、所定の第2デフォルト回数K2に設定する。第2デフォルト回数K2は、例えば下記の関係式2を充足するように設定されている。下記式2中のN0は、式1と同様にサブ指標値Nの想定値である。
In step S307, the number of light emission K in one index value calculation process is set to a predetermined second default number K2. The second default number of times K2 is set so as to satisfy, for example, the following
(K2-1)×N0<Lv2≦K2×N0 ・・・(式2)
上記式2の設定によれば、脈波指標値Mとして必要な振幅を得つつ、必要以上にLED21を発光させることを抑制できる。もちろん、第2デフォルト回数K2についても第1デフォルト回数K1と同様のその他の規則によって決定されても良い。本実施形態では一例として第2デフォルト回数K2は4に設定されているものとして以降の説明を行う。ステップS307での処理が完了すると本フローを終了して、図7に示す生体情報特定処理のステップS203を実行する。
(K2-1) × N0 <Lv2 ≦ K2 × N0 ・ ・ ・ (Equation 2)
According to the setting of the
なお、本実施形態ではサンプリング周期Ts自体は一定とするが、これに限らない。他の態様として、脈波の高度解析が必要か否かによってサンプリング周期Tsを変更してもよい。その場合、脈波の高度解析が必要な場合のサンプリング周期Tsは、脈波の高度解析が不要な場合のサンプリング周期Tsよりも短い値に設定されれば良い。 In the present embodiment, the sampling period Ts itself is constant, but the present invention is not limited to this. As another embodiment, the sampling period Ts may be changed depending on whether or not advanced analysis of the pulse wave is necessary. In that case, the sampling period Ts when the pulse wave altitude analysis is required may be set to a value shorter than the sampling period Ts when the pulse wave altitude analysis is not required.
ステップS203では発光回数調整部F7が、発光回数調整処理を実施する。発光回数調整処理は、脈波指標値Mが目標レベルに応じたレベルで推移するように、指標値算出処理における発光回数Kを調整する処理である。例えば発光回数調整部F7は、脈波指標値Mが、ステップS202で設定された目標レベルを下回って推移する場合には、脈波指標値M1が目標レベルに応じたレベルで推移するように発光回数Kを増やす。また、ステップS202で設定された目標レベルに対して脈波指標値Mが大きすぎる場合には発光回数Kを減らす。脈波指標値Mが目標レベルに応じたレベルで推移するように発光回数Kを調整するということは、別の観点によれば、脈波の波形が所望の振幅を提供するように発光回数Kを調整することに相当する。 In step S203, the light emitting number adjusting unit F7 performs the light emitting number adjusting process. The light emission number adjustment process is a process of adjusting the light emission number K in the index value calculation process so that the pulse wave index value M changes at a level corresponding to the target level. For example, when the pulse wave index value M changes below the target level set in step S202, the light emission frequency adjusting unit F7 emits light so that the pulse wave index value M1 changes at a level corresponding to the target level. Increase the number of times K. Further, when the pulse wave index value M is too large with respect to the target level set in step S202, the number of light emission K is reduced. Adjusting the light emission count K so that the pulse wave index value M changes at a level corresponding to the target level means that, according to another viewpoint, the light emission count K so that the pulse wave waveform provides the desired amplitude. Is equivalent to adjusting.
発光回数調整部F7は、発光回数調整処理として例えば図9に示すフローチャートに沿って各ステップに対応する処理を実行する。すなわち、発光回数調整部F7は、最初のステップS401として、発光制御部F1等と協働して、試験的に指標値算出処理を所定の複数回実施する。試験的に実行する指標値算出処理の回数(以降、試験回数)は、心拍1拍分の脈波指標値Mを収集可能な回数に設定されていればよい。例えば試験回数は、RRIの最大値として想定される所定の値を、サンプリング周期Tsで除算した値とすればよい。ステップS401では、指標値算出処理の結果として得られる脈波指標値Mの他、その過程で算出されたサブ指標値NもRAM12に保存される。ステップS401としての処理が完了するとステップS402を実行する。
The light emission number adjustment unit F7 executes a process corresponding to each step as a light emission number adjustment process, for example, according to the flowchart shown in FIG. That is, as the first step S401, the light emission frequency adjusting unit F7 performs the index value calculation process a predetermined number of times in cooperation with the light emission control unit F1 and the like. The number of times of the index value calculation process to be executed on a trial basis (hereinafter referred to as the number of times of the test) may be set to the number of times that the pulse wave index value M for one heartbeat can be collected. For example, the number of tests may be a predetermined value assumed as the maximum value of RRI divided by the sampling period Ts. In step S401, in addition to the pulse wave index value M obtained as a result of the index value calculation process, the sub-index value N calculated in the process is also stored in the
なお、ステップS401で実行される指標値算出処理の結果として収集される脈波指標値Mは、本フローの結果として発光回数Kが変更されなかった場合には、脈波の解析及び当該解析に基づく生体情報の特定に使用してもよい。一方、本フローの結果として発光回数Kが変更され場合には、ステップS401で取得した複数の脈波指標値Mは、脈波の解析及び当該解析に基づく生体情報の特定に使用しないように処理(例えば破棄)されるものとする。 The pulse wave index value M collected as a result of the index value calculation process executed in step S401 is used for pulse wave analysis and the analysis when the number of light emission K is not changed as a result of this flow. It may be used to identify biometric information based on it. On the other hand, when the number of light emission K is changed as a result of this flow, the plurality of pulse wave index values M acquired in step S401 are processed so as not to be used for the analysis of the pulse wave and the identification of the biological information based on the analysis. It shall be (for example, discarded).
次に発光回数調整部F7はステップS402として、ステップS401で収集した複数の脈波指標値Mを母集団として、実際に観測された脈波指標値Mの代表値(以降、脈波指標代表値)Mxを算出する。脈波指標代表値Mxとしては例えば平均値や、中央値、最大値、最小値などを採用することができる。ここでは一例として脈波指標代表値Mxは、ステップS401で収集した複数の脈波指標値Mの最小値とする。 Next, in step S402, the light emission frequency adjusting unit F7 uses a plurality of pulse wave index values M collected in step S401 as a population, and is a representative value of the actually observed pulse wave index value M (hereinafter, pulse wave index representative value). ) Calculate Mx. As the representative value Mx of the pulse wave index, for example, an average value, a median value, a maximum value, a minimum value, or the like can be adopted. Here, as an example, the pulse wave index representative value Mx is the minimum value of the plurality of pulse wave index values M collected in step S401.
また、ステップS402において発光回数調整部F7は、ステップS401で収集した複数のサブ指標値Nを母集団として、実際に観測されたサブ指標値Nの代表値(以降、サブ指標代表値)Nxを算出する。サブ指標代表値Nxとしては例えば平均値や、中央値、最大値、最小値などを採用することができる。ここでは一例としてサブ指標代表値Nxは、ステップS401で収集した複数のサブ指標値Nの最小値とする。ステップS402での処理が完了するとステップS403に移る。 Further, in step S402, the light emission frequency adjusting unit F7 uses a plurality of sub-index values N collected in step S401 as a population, and sets a representative value (hereinafter, sub-index representative value) Nx of the actually observed sub-index values N. calculate. As the sub-index representative value Nx, for example, an average value, a median value, a maximum value, a minimum value, or the like can be adopted. Here, as an example, the sub-index representative value Nx is the minimum value of the plurality of sub-index values N collected in step S401. When the process in step S402 is completed, the process proceeds to step S403.
ステップS403では、ステップS402で算出(換言すれば決定)した脈波指標代表値Mxが目標レベルを下回っているか否かを判定する。脈波指標代表値Mxが目標レベルを下回っている場合にはステップS404を実行する。一方、脈波指標代表値Mxが目標レベルを下回っていない場合にはステップS405を実行する。 In step S403, it is determined whether or not the pulse wave index representative value Mx calculated (in other words, determined) in step S402 is below the target level. If the pulse wave index representative value Mx is below the target level, step S404 is executed. On the other hand, if the pulse wave index representative value Mx is not below the target level, step S405 is executed.
ステップS404では、指標値算出処理での発光回数Kを1回増やす。例えば図10に示すように、目標レベルが第1目標レベルLv1に設定されており、かつ、発光回数Kが第1デフォルト回数K1=2に設定されている場合に、脈波指標代表値Mxが第1目標レベルLv1を下回る場合には、発光回数Kを1回増やし、合計3回とする。 In step S404, the number of light emission K in the index value calculation process is increased by one. For example, as shown in FIG. 10, when the target level is set to the first target level Lv1 and the number of light emission K is set to the first default number K1 = 2, the pulse wave index representative value Mx is set. If it is below the first target level Lv1, the number of light emission K is increased by 1 to a total of 3 times.
そのような構成によれば、3回目のLED発光に伴うサブ指標値N3が加算されるようになるため、脈波指標値Mが大きくなり、第1目標レベルLv1を超過するようになる。なお、1回分の増加ではまだ脈波指標値Mの代表値が第1目標レベルLv1を超過しない場合には、脈波指標値Mの代表値が第1目標レベルLv1を超過するようになるまで、1回ずつ発光回数Kを増加させればよい。 According to such a configuration, the sub-index value N3 associated with the third LED light emission is added, so that the pulse wave index value M becomes large and exceeds the first target level Lv1. If the representative value of the pulse wave index value M does not exceed the first target level Lv1 by one increase, until the representative value of the pulse wave index value M exceeds the first target level Lv1. The number of light emission K may be increased once.
また、発光回数Kの増加は、1回ずつ行う必要はない。例えば、目標レベルに対する脈波指標代表値Mxの不足分ΔMと、サブ指標代表値Nxに基づいて増加回数kpを算出しても良い。具体的には、下記式3A、3Bに示すように、不足分ΔMをサブ指標代表値Nxで除算した値を切り上げてなる整数を、増加回数kpとすればよい。式3AはΔM/Nxが整数である場合、すなわち、不足分ΔMをサブ指標代表値Nxで割り切れる場合に適用される式である。式3Bは、不足分ΔMをサブ指標代表値Nxで割り切れない場合に適用される式である。 Further, it is not necessary to increase the number of light emission times K once. For example, the increase number kp may be calculated based on the shortage ΔM of the pulse wave index representative value Mx with respect to the target level and the sub-index representative value Nx. Specifically, as shown in the following equations 3A and 3B, an integer obtained by dividing the shortage ΔM by the sub-index representative value Nx and rounding up may be set as the number of increases kp. Equation 3A is an equation applied when ΔM / Nx is an integer, that is, when the shortage ΔM is divisible by the sub-index representative value Nx. Equation 3B is an equation applied when the shortfall ΔM is not divisible by the sub-index representative value Nx.
kp=ΔM/Nx ・・・(式3A)
kp=[ΔM/Nx]+1 ・・・(式3B)
なお、式3B中における“[ ]”はガウス記号である。式3B中の“[ΔM/Nx]”はΔMをNxで除算した値を超えない最も大きい整数を示す。式3A、3Bを用いて増加回数kpを決定した場合には、図11に示すように、ステップS202で設定されているデフォルト回数に、増加回数kpを加算した値を、最終的な発光回数Kとして採用する。なお、このような態様は、複数のサブ指標値Nを母集団とするサブ指標代表値Nxと目標レベルとに基づいて、1回の指標値算出処理における適正な発光回数を決定する態様に相当する。ステップS404での処理が完了すると、本フローを終了して、図7に示す生体情報特定処理のステップS204を実行する。
kp = ΔM / Nx ・ ・ ・ (Equation 3A)
kp = [ΔM / Nx] +1 ... (Equation 3B)
In addition, "[]" in the formula 3B is a Gaussian symbol. “[ΔM / Nx]” in Equation 3B indicates the largest integer that does not exceed the value obtained by dividing ΔM by Nx. When the increase number kp is determined using the formulas 3A and 3B, as shown in FIG. 11, the value obtained by adding the increase number kp to the default number set in step S202 is used as the final light emission number K. Adopt as. It should be noted that such an embodiment corresponds to an embodiment in which an appropriate number of light emissions in one index value calculation process is determined based on a sub-index representative value Nx having a plurality of sub-index values N as a population and a target level. do. When the process in step S404 is completed, this flow is terminated and step S204 of the biometric information identification process shown in FIG. 7 is executed.
ステップS405では、脈波指標代表値Mxが目標レベルに対して大きすぎるか否かを判定する。例えば、脈波指標代表値Mxから目標レベルを減算した値が、サブ指標代表値Nx以上である場合には、脈波指標代表値Mxが目標レベルに対して大きすぎると判定する。脈波指標代表値Mxが目標レベルに対して大きすぎるとは、別の観点によれば、発光回数Kを1回減らしてもまだ新たな発光回数Kのもとでの脈波指標代表値Mxが目標レベルを超過する場合に相当する。 In step S405, it is determined whether or not the pulse wave index representative value Mx is too large with respect to the target level. For example, when the value obtained by subtracting the target level from the pulse wave index representative value Mx is equal to or greater than the sub-index representative value Nx, it is determined that the pulse wave index representative value Mx is too large with respect to the target level. Another point of view is that the pulse wave index representative value Mx is too large for the target level. Corresponds to the case where exceeds the target level.
脈波指標代表値Mxが目標レベルに対して大きすぎる場合には、ステップS406を実行する。一方、脈波指標代表値Mxが目標レベルに対して大きすぎることはない場合、すなわち、脈波指標代表値Mxと目標レベルとの差がサブ指標代表値Nxである場合には、ステップS407を実行する。 If the pulse wave index representative value Mx is too large for the target level, step S406 is executed. On the other hand, when the pulse wave index representative value Mx is not too large with respect to the target level, that is, when the difference between the pulse wave index representative value Mx and the target level is the sub-index representative value Nx, step S407 is performed. Execute.
ステップS406では発光回数Kを1回減らす。例えば図12に示すように目標レベルが第2目標レベルLv2に設定されており、かつ、発光回数Kが第2デフォルト回数K2=4に設定されている場合に、脈波指標値Mの代表値が、第2目標レベルLv2よりもサブ指標値N以上大きい場合には、発光回数Kを1回減らし、合計3回とする。そのような構成によれば、不要なLEDの発光を抑制することができ、消費電力を抑制することができる。また、制御部1の演算負荷を低減することもできる。
In step S406, the number of light emission K is reduced by one. For example, as shown in FIG. 12, when the target level is set to the second target level Lv2 and the number of light emission K is set to the second default number K2 = 4, the representative value of the pulse wave index value M. However, when the sub-index value N or more is larger than the second target level Lv2, the number of light emission K is reduced by 1 to a total of 3 times. According to such a configuration, it is possible to suppress the light emission of unnecessary LEDs, and it is possible to suppress power consumption. In addition, the calculation load of the
ステップS406での処理が完了すると、本フローを終了して、図7に示す生体情報特定処理のステップS204を実行する。ステップS407ではステップS202で設定されているデフォルトの発光回数をそのまま発光回数Kとして維持して本フローを終了する。そして、図7に示す生体情報特定処理のステップS204を実行する。つまり、ステップS403及びS405を否定判定してステップS407に移る処理ルートでは発光回数Kの変更を実施しない。 When the process in step S406 is completed, this flow is terminated and step S204 of the biometric information identification process shown in FIG. 7 is executed. In step S407, the default number of light emission set in step S202 is maintained as it is as the number of light emission K, and this flow ends. Then, step S204 of the biometric information identification process shown in FIG. 7 is executed. That is, in the processing route in which steps S403 and S405 are negatively determined and the process proceeds to step S407, the number of light emission times K is not changed.
ステップS204では脈波指標値Mの収集を開始する。すなわち、サンプリング処理を実行し始める。このステップS204から後述するS207を実行するまでの間は、所定のサンプリング周期Tsで指標値算出処理を実施する。サンプリング処理の結果としての得られる複数の脈波指標値Mは、取得時刻順にソートされてRAM12等に保存されていく。
In step S204, the collection of the pulse wave index value M is started. That is, the sampling process starts to be executed. From this step S204 to the execution of S207 described later, the index value calculation process is performed in a predetermined sampling cycle Ts. The plurality of pulse wave index values M obtained as a result of the sampling process are sorted in the order of acquisition time and stored in the
ステップS205では、RAM12に蓄積されている複数の脈波指標値Mに基づいて、ユーザによって指定されている生体情報(換言すれば特定対象項目)の数値/状態を特定することが可能であるか否かを判定する。ステップS205での判定処理は、別の観点によれば、特定対象項目の数値/状態を特定するために必要な数(以降、解析必要数)の脈波指標値Mを収集できたか否かを判定することに相当する。解析必要数の脈波指標値Mをまだ収集できていない場合には、サンプリング処理を継続させ(ステップS206)、一定時間経過後に再びステップS205を実行する。そして、解析必要数の脈波指標値Mを収集できた場合には、ステップS207に移る。
In step S205, is it possible to specify the numerical value / state of the biometric information (in other words, the specific target item) designated by the user based on the plurality of pulse wave index values M stored in the
ステップS207ではサンプリング処理を停止して、ステップS208に移る。ステップS208では生体情報特定部F8が、以上の処理で収集した脈波指標値Mの時系列データに基づいて、特定対象項目の値/状態を特定する。種々の生体情報毎の特定方法は前述の通りである。ステップS208での処理が完了するとステップS209を実行する。 In step S207, the sampling process is stopped and the process proceeds to step S208. In step S208, the biological information specifying unit F8 specifies the value / state of the specific target item based on the time-series data of the pulse wave index value M collected in the above processing. The method for specifying each of the various biometric information is as described above. When the process in step S208 is completed, step S209 is executed.
ステップS209では提示処理部F9が、ステップS208で特定した生体情報毎の数値/状態を表示部6に表示して本フローを終了する。なお、ステップS208で特定した生体情報毎の数値/状態を示すデータは、無線通信モジュール7を介して外部装置に送信されても良い。ここでの外部装置とは、例えばスマートフォン等のユーザが携帯する携帯端末であってもよいし、センタ等であってもよい。
In step S209, the presentation processing unit F9 displays the numerical value / state for each biometric information specified in step S208 on the
なお、本実施形態の発光回数調整部F7は、ステップS204以降のサンプリング処理とは別途、指標値算出処理を試験的に複数回実施することによって発光回数Kの調整を行うものとするが、これに限らない。サンプリング処理の途中で発光回数Kの変更を実施しても良い。ただし、サンプリング処理の途中で発光回数Kの変更を行った場合には、それ以前に収集した脈波指標値Mは、脈波の解析及び当該解析に基づく生体情報の特定には使用しないように処理(例えば破棄)するか、又は、脈波指標値Mの推移レベルが整合するようにオフセットをかけて使用するものとする。 The light emission count adjusting unit F7 of the present embodiment adjusts the light emission count K by performing the index value calculation process a plurality of trial times separately from the sampling process after step S204. Not limited to. The number of light emission K may be changed during the sampling process. However, if the number of light emission K is changed during the sampling process, the pulse wave index value M collected before that should not be used for pulse wave analysis and identification of biological information based on the analysis. It shall be processed (for example, discarded) or used with an offset so that the transition level of the pulse wave index value M matches.
<実施形態の効果>
次に、比較構成を導入して、本実施形態の効果について説明する。ここでの比較構成とは、図13に示すように1回の指標値算出処理において、LED21を発光させている時の受光強度(つまり発光時強度)Lp1、Lp3、Lp5と、LED21を発光状態から消灯状態へと切り替えた後の受光強度(つまり消灯時強度)Lp2、Lp4、Lp6との差分の合計値を脈波指標値として採用する構成である。なお、図では一例として、LED21の発光から消灯までを1セットとした場合に、4セット分の発光時強度と消灯時強度の差分の合計値を脈波指標値として採用する態様を図示している。便宜上、1セットでの発光時強度と消灯時強度の差分値を、比較構成におけるサブ指標値と称する。1回の指標値算出処理におけるセット数は、脈波指標値が所望のレベルで推移するように設計されれば良い。
<Effect of embodiment>
Next, the effect of this embodiment will be described by introducing a comparative configuration. As shown in FIG. 13, the comparative configuration here means that the light receiving intensities (that is, the intensities at the time of light emission) Lp1, Lp3, Lp5 when the
そのような構成では図14に示すように外乱光の強度が経時的に増加している場合、受光強度の検出タイミングの時間差ΔTに起因する外乱成分の変化量が誤差としてそのままサブ指標値に含まれる。具体的には、図14に示す例では、検出タイミングの時間差ΔTに起因する外乱成分の変化量「1」が誤差としてサブ指標値に残ってしまう。 In such a configuration, when the intensity of the disturbance light increases with time as shown in FIG. 14, the amount of change in the disturbance component due to the time difference ΔT of the detection timing of the received light intensity is included in the sub-index value as it is as an error. Is done. Specifically, in the example shown in FIG. 14, the change amount “1” of the disturbance component due to the time difference ΔT of the detection timing remains in the sub-index value as an error.
また、比較構成では脈波の波形が所望の振幅を提供するように1回の指標値算出処理におけるセット数(換言すれば発光回数)を増やせば、そのセット数に応じて誤差が積み重なってしまう。例えば1セット当りの誤差が1である場合には、4セット分のサブ指標値の合計値である脈波指標値には、1×4=4の誤差が含まれることになる。 Further, in the comparative configuration, if the number of sets (in other words, the number of light emission) in one index value calculation process is increased so that the waveform of the pulse wave provides the desired amplitude, errors are accumulated according to the number of sets. .. For example, when the error per set is 1, the pulse wave index value, which is the total value of the sub-index values for 4 sets, includes an error of 1 × 4 = 4.
これに対し、本実施形態の構成では、LED21を発光させる直前及び直後の消灯時強度を照射時強度から減算してなる2つの値(具体的には前差分強度と後差分強度)を加算することで1つのサブ指標値Nを生成する。なお、LED21を発光させる直前の消灯時強度とは、前回LED21を発光させてから今回LED21を発光させるまでに取得した受光強度である。LED21を発光させる直前の消灯時強度とは、別の観点によれば、LED21を発光させ始める時点(以降、発光開始時点)から過去、消灯継続時間以内となる任意の時点における受光強度である。また、LED21を発光状態から消灯状態へと遷移させた直後の消灯時強度とは、今回LED21を発光させてから次回LED21を発光させるまでに取得した受光強度である。LED21を発光状態から消灯状態へと遷移させた直後の消灯時強度とは、別の観点によれば、LED21を消灯した時点から消灯継続時間経過するまでの任意の時点における受光強度である。
On the other hand, in the configuration of the present embodiment, two values (specifically, the front difference intensity and the back difference intensity) obtained by subtracting the intensity at the time of turning off the light immediately before and immediately after the
このようなサブ指標値Nの算出態様によれば、図5を用いて前述したように、外乱光成分の経時的な変化量が一定である場合、前差分強度に含まれる外乱光成分の誤差と、後差分強度に含まれる外乱光成分の誤差とが相殺し、S102でのLED発光時点での生体成分(例えば100)をちょうど2倍した値が得られる。すなわち、外乱光成分の経時的な変化量に由来する誤差がサブ指標値Nに含まれることを抑制する事ができる。 According to such a calculation mode of the sub-index value N, as described above with reference to FIG. 5, when the amount of change of the disturbance light component with time is constant, the error of the disturbance light component included in the pre-differential intensity And the error of the disturbance light component included in the post-differential intensity cancels out, and a value obtained by exactly doubling the biological component (for example, 100) at the time of LED light emission in S102 is obtained. That is, it is possible to suppress that the error due to the change amount of the disturbance light component with time is included in the sub-index value N.
故に、サブ指標値Nを積み重ねてなる脈波指標値M自体に、外乱光成分の経時的な変化量に由来する誤差が含まれることを抑制できる。その結果、脈波指標値の時系列データが示す脈波波形を、実際の脈波波形により一層近づけることができる。つまり、上記の構成によればより精度良く脈波を検出することができる。 Therefore, it is possible to suppress that the pulse wave index value M itself, which is formed by accumulating the sub-index values N, includes an error due to the amount of change of the disturbance light component over time. As a result, the pulse wave waveform indicated by the time-series data of the pulse wave index value can be made closer to the actual pulse wave waveform. That is, according to the above configuration, the pulse wave can be detected more accurately.
・本実施形態の構成によれば、LED21を2回発光させることによって、比較構成での4セット分と同程度の大きさの脈波指標値を得ることができる。つまり、比較構成と同程度の振幅を有する脈波指標値を得るために必要なLED21の発光回数Kを半分に低減することができる。当然、発光回数Kが少ないほど、消費電力は低下する。つまり、本実施形態の構成によれば、比較構成よりも消費電力を抑制することができる。
-According to the configuration of the present embodiment, by causing the
・本実施形態では発光回数Kを調整することによって、脈波指標値Mの推移レベルを調整する。脈波指標値Mの推移レベルを調整するための他の構成としては、LED21に流す電流を制御することによって、LED21の発光強度自体を調整する構成(以降、想定構成)も考えられる。しかしながら、発光強度を単純に2倍にしたからといって、発光時強度が2倍になるとは限らない。肌の色や、レンズ距離、装着状態などによって、LED21が照射した光の反射光がPD31で受光される量は変化するためである。
-In the present embodiment, the transition level of the pulse wave index value M is adjusted by adjusting the number of light emission K. As another configuration for adjusting the transition level of the pulse wave index value M, a configuration in which the emission intensity of the
つまり、発光強度と受光強度との対応関係が不確定であるため、想定構成では、発光強度を2倍にしたからといって所望の脈波指標値Mの推移レベルを2倍にできるとは限らない。さらに想定構成では、脈波指標値Mの推移レベルを所望のレベルに移すための電流制御として、発光強度が大きすぎたら低減し、少なくなりすぎたら増大させるといった処理が繰り返し実行されることが予想される。また、想定構成では、電流制御を行う回路モジュールや、当該回路モジュールへの電力供給が必要となってしまう。 That is, since the correspondence between the emission intensity and the light reception intensity is uncertain, in the assumed configuration, it is possible to double the transition level of the desired pulse wave index value M even if the emission intensity is doubled. Not exclusively. Furthermore, in the assumed configuration, it is expected that as current control for shifting the transition level of the pulse wave index value M to a desired level, processing such as decreasing if the emission intensity is too high and increasing if it is too low is expected to be repeatedly executed. Will be done. Further, in the assumed configuration, a circuit module that controls current and power supply to the circuit module are required.
対して、本実施形態の構成によれば、発光回数Kの増加減によって脈波指標値Mの推移レベルを調整するため、脈波指標値Mの推移レベルを所望のレベルに設定することが相対的に容易である。特に、1回当りの発光に由来するサブ指標値Nの大きさは、試験的な指標値算出処理の実測値に基づいて定まるため、発光回数と脈波指標値との対応関係は明確である。そのようなことを鑑みると、本実施形態において脈波指標値Mの推移レベルを所望のレベルに設定する際の確実性や精度は、想定構成よりも高いといえる。 On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, in order to adjust the transition level of the pulse wave index value M by increasing or decreasing the number of light emission times K, it is relative to set the transition level of the pulse wave index value M to a desired level. Easy to use. In particular, since the magnitude of the sub-index value N derived from each light emission is determined based on the measured value of the experimental index value calculation process, the correspondence between the number of light emission and the pulse wave index value is clear. .. In view of such facts, it can be said that the certainty and accuracy when setting the transition level of the pulse wave index value M to a desired level in the present embodiment is higher than the assumed configuration.
また、脈波指標値Mの推移レベルを所望のレベルに移すための制御に要する時間を抑制することもできる。さらに、本実施形態ではLED21の発光強度は一定値とすることができるため、想定構成で必要となる電流制御を行う回路モジュールや、当該回路モジュールへの電力供給が不要である。故に、想定構成に比べて部品コストや消費電力を抑制できる。
In addition, it is possible to suppress the time required for control for shifting the transition level of the pulse wave index value M to a desired level. Further, in the present embodiment, since the light emission intensity of the
また、前述の通り、LED21から照射された光を血管が反射する量には、個人差がある。これに対し、本実施形態の構成によれば、発光回数Kを調整することによって、脈波指標値Mの推移レベルを調整することができる。つまり、発光回数Kの増減といった相対的に簡易な処理によって、LED21が照射した光の反射量についての個人差を吸収(換言すれば解消)することができる。
Further, as described above, there are individual differences in the amount of light reflected by the blood vessels emitted from the
・本実施形態では、脈波の高度解析が必要な場合には、発光回数Kを相対的に大きい値にすることで、脈波の振幅を相対的に大きくする一方、脈波の高度解析が不要である場合には相対的に発光回数Kを小さい値に設定する。このように必要に応じて発光回数Kを動的に制御するため、消費電力をより一層低減できる。 -In the present embodiment, when the altitude analysis of the pulse wave is required, the amplitude of the pulse wave is relatively increased by setting the number of emission times K to a relatively large value, while the altitude analysis of the pulse wave is performed. If it is not necessary, set the number of light emission K to a relatively small value. Since the number of light emission K is dynamically controlled as needed in this way, the power consumption can be further reduced.
・本実施形態では、脈波の高度解析が不要である場合には、OSRの低下や使用ビット数の低減など、A/D変換部33の性能を落として動作させるため小さい値に設定するため、消費電力をより一層低減できる。
-In the present embodiment, when advanced analysis of the pulse wave is not necessary, the performance of the A /
・脈波検出装置100を定期診断モードで動作させる場合、すなわち、所定の特定周期Txで定期的に生体情報特定処理を実行させる場合には、特定対象として設定している生体情報が定期的に特定される。例えば、脈拍数や血圧、自律神経の活動状態等を定期的に特定する。そのような定期診断モードは、例えば病院での入院患者の検査やモニタリングに利用することができる。また、高齢者や要介護者、ドライバ等の見守りや体調管理に利用することができる。特に、運送車両や旅行バスのドライバなど、長距離、長時間の運転を実施する人物の体調管理に好適である。もちろん、その他の人物にも適用可能である。なお、以上では人間を観測対象とする態様を例示したがこれに限らない。人間以外の動物に使用してもよい。
When the pulse
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications described below are also included in the technical scope of the present disclosure, and other than the following. Can be changed and implemented within the range that does not deviate from the gist.
なお、前述の実施形態で述べた部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については先に説明した実施形態の構成を適用することができる。 The members having the same functions as those described in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, when only a part of the configuration is referred to, the configuration of the embodiment described above can be applied to the other parts.
[変形例1]
上述した実施形態では、LED21を発光させる直前及び直後の消灯時強度を照射時強度から減算してなる2つの値(具体的には前差分強度と後差分強度)を加算することで1つのサブ指標値Nを生成する態様を開示した。しかし、サブ指標値Nを算出する上で照射時強度から減算する消灯時強度は、LED21を発光させる直前及び直後の消灯時強度でなくともよい。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, one sub is added by adding two values (specifically, the front difference intensity and the rear difference intensity) obtained by subtracting the intensity at the time of turning off the light immediately before and immediately after the
例えば図15に示すように、1回の指標値算出処理において3回LED21を発光させる構成において、2回目の発光に対応する発光時強度L4から1回目の発光前に取得した消灯時強度L1を減算することで前差分強度を算出するとともに、2回目の発光に対応する発光時強度L4から3回目の発光後に取得した消灯時強度L7を減算することで後差分強度を算出し、それらを足し合わせることで1つのサブ指標値N4を生成してもよい。
For example, as shown in FIG. 15, in a configuration in which the
なお、図15のL6は3回目の発光に対応する発光時強度を示しており、N3は3回目のLED21の発光に対応するサブ指標値Nである。3回目のLED21の発光に対応するサブ指標値N3は、発光時強度L6から3回目の発光直前の消灯時強度L5を減算してなる前差分強度と、発光時強度L6から3回目の消灯直後の消灯時強度L7を減算してなる後差分強度とを加算したものである。
Note that L6 in FIG. 15 indicates the intensity at the time of light emission corresponding to the third light emission, and N3 is a sub-index value N corresponding to the light emission of the
このような制御態様によれば、3回の発光によって合計4つのサブ指標値Nを算出することができる。つまり、実施形態の構成において発光回数Kを4に設定した場合と同等の推移レベルを提供する脈波指標値Mを得ることができる。 According to such a control mode, a total of four sub-index values N can be calculated by three times of light emission. That is, it is possible to obtain a pulse wave index value M that provides a transition level equivalent to that in the case where the number of light emission K is set to 4 in the configuration of the embodiment.
また、上述した実施形態では、比較構成における8セット分のサブ指標値Nの合計値と同等の大きさの脈波指標値Mを算出しようとすると、発光回数Kを4に設定する必要がある。一方、図15を用いて説明した本変形例の構成を適用すれば、3回の発光によって比較構成における8セット分のサブ指標値の合計値と同等の大きさの脈波指標値Mを得ることができる。つまり、比較構成での8セット分のサブ指標値の合計値と同等の大きさの脈波指標値Mを1回の指標値算出処理で得ようとする場合に、当該変形例1の構成によれば発光回数を実施形態よりも抑制できる。その結果、消費電力をより一層低減できる。また、1回の指標値算出処理に要する時間も短縮できる。
Further, in the above-described embodiment, it is necessary to set the number of light emission K to 4 in order to calculate the pulse wave index value M having the same size as the total value of the sub-index values N for 8 sets in the comparative configuration. .. On the other hand, if the configuration of this modification described with reference to FIG. 15 is applied, a pulse wave index value M having a size equivalent to the total value of the sub-index values for eight sets in the comparative configuration is obtained by three times of light emission. be able to. That is, when the pulse wave index value M having the same size as the total value of the sub-index values for eight sets in the comparative configuration is to be obtained by one index value calculation process, the configuration of the
なお、以上では1回の指標値算出処理でLED21を3回発光させる場合に本変形例1の思想を適用した場合の制御部1の作動について説明したが、発光回数Kが4以上であっても同様に適用できる。
In the above, the operation of the
[変形例2]
制御部1は、上述した実施形態での脈波指標値の算出方法と、比較構成による脈波指標値の算出方法の両方を選択的に実施可能に構成されてあって、外部環境等に応じてそれらの算出方法を使い分けるように構成されていてもよい。便宜上、実施形態に開示の方法で脈波指標値Mを算出する動作モードを第1モードと称するとともに、比較構成として開示の方法で脈波指標値Mを算出する動作モードを第2モードと称する。
[Modification 2]
The
例えば、制御部1は、特定対象項目として脈波の高周波成分を用いる必要がある項目が選択されている場合には第1モードで動作する一方、脈波の高周波成分を用いる必要がある項目が選択されていない場合には第2モードで動作する。
For example, the
発明者らは種々の試験によって、第1モードと第2モードのノイズ抑制効果を評価した結果、第1モードのほうが第2モードよりも脈波の高周波成分に重畳するノイズを抑制できる一方、相対的に低い周波数帯においては、第1モードよりも第2モードのほうがノイズの抑制効果が高い場合があるといった知見を得た。故に、特定対象項目として設定されている項目に応じて、第1モードと第2モードとを使い分けることで、より精度良く特定対象項目の数値/状態を特定することができる。 As a result of evaluating the noise suppression effect of the first mode and the second mode by various tests, the inventors can suppress the noise superimposed on the high frequency component of the pulse wave in the first mode than in the second mode, while relative. It was found that the noise suppression effect may be higher in the second mode than in the first mode in a particularly low frequency band. Therefore, by properly using the first mode and the second mode according to the item set as the specific target item, the numerical value / state of the specific target item can be specified more accurately.
[変形例3]
目標レベル設定部F5は、消灯時強度の値が、脈波検出装置100が太陽光の当たる環境で使用されていることを示す所定の閾値(以降、太陽光下閾値)以上である場合、目標レベルを消灯時強度が太陽光下閾値未満である場合よりも高いレベルに設定しても良い。例えば目標レベル設定部F5は、消灯時強度が太陽光下閾値未満である場合には、高度解析が必要であるか否かに応じたデフォルトレベルに設定する。一方、消灯時強度が太陽光下閾値以上である場合には、デフォルトレベルを1.5倍した値に設定する。なお、消灯時強度が太陽光下閾値以上である場合に適用される目標レベルのデフォルトレベルに対する倍率は、1よりも大きければよく、例えば1.2倍や2.0倍などであってもよい。また、所定の係数を乗じるのではなく、デフォルトレベルに所定の値を加算することで、最終的な目標レベルを相対的に高いレベルに設定しても良い。
[Modification 3]
The target level setting unit F5 sets a target when the value of the intensity when the light is turned off is equal to or higher than a predetermined threshold value (hereinafter, the threshold value under sunlight) indicating that the pulse
この変形例3の構成によれば、太陽光が当たる環境下において脈波の検出精度が低下することを抑制できる。具体的には次の通りである。まず前提として、太陽光は一般的に室内で使用される照明の光よりも強度が強い。そのため、太陽光が当たる環境下では、室内等で使用されている場合に比べて外乱光成分が大きくなる傾向がある。そのような課題に対して本変形例3の構成では、消灯時強度が太陽光下閾値以上である場合には目標レベルを相対的に高いレベルに設定するため、この目標レベルの引き上げに伴って発光回数Kも増加し、脈波指標値Mの経時的な振幅を大きくすることができる。脈波指標値Mの経時的な振幅を大きくすれば、S/N比が低下するため、太陽光が検出結果に与える影響を抑制することができる。
According to the configuration of this
[変形例4]
A/D変換設定変更部F6は消灯時強度の値が、脈波検出装置100が太陽光の当たる環境で使用されていることを示す所定の閾値(以降、太陽光下閾値)以上である場合、サンプリング時間を、消灯時強度が太陽光下閾値未満である場合よりも短い値に設定してもよい。なお、前提としてA/D変換部33は、サンプリング時間の値を変更可能に構成されているものとする。サンプリング時間は、標本化の対象とする入力アナログ電圧を蓄電する時間であって、一回のA/D変換処理においてA/D変換部33を作動させる時間に相当する。
[Modification 4]
When the value of the intensity when the light is turned off of the A / D conversion setting changing unit F6 is equal to or higher than a predetermined threshold value (hereinafter referred to as the threshold value under sunlight) indicating that the pulse
例えばA/D変換設定変更部F6は、消灯時強度が太陽光下閾値未満である場合には、所定の値(つまりデフォルト値)に設定する。一方、消灯時強度が太陽光下閾値以上である場合には、デフォルト値よりも短い値、例えば0.5倍の値に設定する。なお、倍率は1よりも小さければよく、例えば0.8倍などであってもよい。 For example, the A / D conversion setting change unit F6 sets a predetermined value (that is, a default value) when the intensity at the time of extinguishing is less than the threshold value under sunlight. On the other hand, when the intensity when the light is turned off is equal to or higher than the threshold value under sunlight, a value shorter than the default value, for example, a value 0.5 times is set. The magnification may be smaller than 1, for example, 0.8 times.
この変形例4の構成によれば、消灯時強度が太陽光下閾値以上である場合にはサンプリング時間を相対的に短い値に設定するため、外乱光を除去する性能が向上する。その結果、変形例3と同様に、太陽光が当たる環境下において脈波の検出精度が低下することを抑制できる。なお、消灯時強度が太陽光下閾値未満である場合には、サンプリング時間は相対的に長い値に設定されるため、1回あたりの蓄積電圧を高めることができる。
According to the configuration of the
[変形例5]
目標レベル設定部F5は、加速度センサ4の出力値が、ユーザが動いていることを示す所定の体動閾値以上である場合には、目標レベルを、加速度センサの出力値が体動閾値未満である場合よりも高いレベルに設定してもよい。
[Modification 5]
The target level setting unit F5 sets the target level when the output value of the
脈波検出装置100がウェラブルデバイスとして構成されてあって、ユーザが動いている場合、ユーザの動きによって脈波検出装置100とユーザの体との接触状態が変動しうる。当然、接触状態が変動していると、外乱光の混入確率が変化するため、検出精度の劣化が想定される。そのような課題に対して、本変形例5の構成によれば、加速度センサ4の出力値が体動閾値以上である場合、すなわちユーザが動いていることを示す値となっている場合には、目標レベルを相対的に高いレベルに設定するため、この目標レベルの引き上げに伴って発光回数Kも増加し、脈波指標値Mの経時的な振幅を大きくすることができる。脈波指標値Mの経時的な振幅を大きくすれば、S/N比が低下するため、外乱光が検出結果に与える影響を抑制することができる。
When the pulse
[変形例6]
上述した実施形態では、脈波指標値算出処理においてj回目(jは自然数)の発光に対応する発光後強度を、j+1回目の発光に対応する発光前強度としても利用する態様を開示した。例えば1回目の発光に対応する発光後強度としての消灯時強度L3を、2回目の発光に対応する発光前強度としても利用する態様を開示した。しかしながら、受光強度取得部F2の作動態様はこれに限らない。
[Modification 6]
In the above-described embodiment, the embodiment in which the post-emission intensity corresponding to the jth emission (j is a natural number) is also used as the pre-emission intensity corresponding to the j + 1th emission in the pulse wave index value calculation process is disclosed. For example, we have disclosed an embodiment in which the extinguishing intensity L3 as the intensity after light emission corresponding to the first light emission is also used as the intensity before light emission corresponding to the second light emission. However, the operation mode of the light receiving intensity acquisition unit F2 is not limited to this.
図16に示すように、例えば1回目の発光に対応する発光後強度としての消灯時強度L3とは別に、2回目の発光に対応する発光前強度としての消灯時強度L8を取得してもよい。図16に示すL9は2回目の発光に対応する発光時強度を表しており、L10は2回目の発光に対応する発光後強度としての消灯時強度を表している。 As shown in FIG. 16, for example, in addition to the extinguishing intensity L3 as the intensity after light emission corresponding to the first light emission, the intensity L8 at extinguishing as the intensity before light emission corresponding to the second light emission may be acquired. .. L9 shown in FIG. 16 represents the intensity at the time of light emission corresponding to the second light emission, and L10 represents the intensity at the time of extinguishing as the intensity after light emission corresponding to the second light emission.
100 脈波検出装置、1 制御部、2 発光モジュール(発光部)、3 受光モジュール(受光部)、4 加速度センサ、F1 発光制御部、F2 受光強度取得部、F3 脈波指標値算出部、F4 特定対象設定部、F5 目標レベル設定部、F6 A/D変換設定変更部(変換部設定変更部)、F7 発光回数調整部、F8 生体情報特定部、F9 提示処理部 100 Pulse wave detector, 1 control unit, 2 light emitting module (light emitting unit), 3 light receiving module (light receiving unit), 4 accelerometer, F1 light emitting control unit, F2 light receiving intensity acquisition unit, F3 pulse wave index value calculation unit, F4 Specific target setting unit, F5 target level setting unit, F6 A / D conversion setting change unit (conversion unit setting change unit), F7 light emission frequency adjustment unit, F8 biometric information identification unit, F9 presentation processing unit
Claims (8)
光を照射する発光部の動作を制御する構成であって、1回の前記指標値算出処理において前記発光部を所定回数発光させる発光制御部(F1)と、
前記発光部が光を照射する方向から到来する光の強度である受光強度を出力する受光部(3)から、前記発光制御部が前記発光部に光を照射させているときの前記受光強度を、照射時強度として取得する照射時強度取得部(F21)と、
前記発光部が光を照射していないときの前記受光強度であって、前記発光制御部が前記発光部に光を照射させる前の前記受光強度を、照射前強度として取得する照射前強度取得部(F22)と、
前記発光部が光を照射していないときの前記受光強度であって、前記発光制御部が前記発光部に光を照射させた後の前記受光強度を、照射後強度として取得する照射後強度取得部(F23)と、
前記発光制御部が前記発光部に光を照射させる度に、当該照射に対応する前記照射時強度から、当該照射に対応する前記照射前強度を減算した値である前差分強度を算出する前差分強度算出部(F31)と、
前記発光制御部が前記発光部に光を照射させる度に、当該照射に対応する前記照射時強度から、当該照射に対応する前記照射後強度を減算した値である後差分強度を算出する後差分強度算出部(F32)と、
1回の前記指標値算出処理において前記発光制御部が前記発光部に光を照射させる度に前記前差分強度算出部が算出する前記前差分強度及び前記後差分強度算出部が算出する前記後差分強度を足し合わせてなる値を、前記脈波指標値として算出する指標値算出部(F3)と、を備え、
前記指標値算出部は、
前記脈波指標値が所定の目標レベルで推移するように、1回の前記指標値算出処理において前記発光部を発光させる回数である発光回数を調整する発光回数調整部(F7)を備えることを特徴とする脈波検出装置。 The index value calculation process for calculating the pulse wave index value indicating the state of the blood vessel of the living body by irradiating the living body as an observation target is sequentially executed at a predetermined sampling cycle, and the time change of the pulse wave index value is performed. It is a pulse wave detection device that detects the pulse wave of the living body based on the above.
A light emitting control unit (F1) that controls the operation of the light emitting unit that irradiates light and causes the light emitting unit to emit light a predetermined number of times in one index value calculation process.
From the light receiving unit (3) that outputs the light receiving intensity which is the intensity of the light arriving from the direction in which the light emitting unit irradiates the light, the light receiving intensity when the light emitting control unit irradiates the light emitting unit with light is obtained. , The irradiation intensity acquisition unit (F21) acquired as the irradiation intensity, and
The pre-irradiation intensity acquisition unit that acquires the light-receiving intensity when the light-emitting unit is not irradiating light, and the light-receiving intensity before the light-emitting control unit irradiates the light-emitting unit with light, as the pre-irradiation intensity. (F22) and
The post-irradiation intensity acquisition, which is the light receiving intensity when the light emitting unit is not irradiating light, and the light receiving intensity after the light emitting control unit irradiates the light emitting unit with light is acquired as the post-irradiation intensity. Part (F23) and
Each time the light emitting control unit irradiates the light emitting unit with light, the pre-difference intensity is calculated by subtracting the pre-irradiation intensity corresponding to the irradiation from the irradiation intensity corresponding to the irradiation. Strength calculation unit (F31) and
Each time the light emission control unit irradiates the light emitting unit with light, the post-difference intensity is calculated by subtracting the post-irradiation intensity corresponding to the irradiation from the irradiation intensity corresponding to the irradiation. Strength calculation unit (F32) and
The pre-difference intensity calculated by the pre-difference intensity calculation unit and the post-difference calculated by the post-difference intensity calculation unit each time the light emission control unit irradiates the light emitting unit with light in one index value calculation process. It is provided with an index value calculation unit (F3) that calculates a value obtained by adding the intensities as the pulse wave index value .
The index value calculation unit
A light emitting number adjusting unit (F7) for adjusting the number of light emission, which is the number of times the light emitting unit is made to emit light in one index value calculation process, is provided so that the pulse wave index value changes at a predetermined target level. A characteristic pulse wave detector.
前記指標値算出部は、前記発光部に1回光を照射させることによって1つずつ得られる前記前差分強度と前記後差分強度の合計値であるサブ指標値を、前記発光部に光を照射させる度に算出するものであって、
前記発光回数調整部は、複数の前記サブ指標値を母集団とする代表値を算出し、前記代表値と前記目標レベルとに基づいて、前記脈波指標値が前記目標レベルで推移するための適正な前記発光回数を決定することを特徴とする脈波検出装置。 The pulse wave detection device according to claim 1 .
The index value calculation unit irradiates the light emitting unit with light as a sub-index value which is a total value of the front difference intensity and the rear difference intensity obtained one by one by irradiating the light emitting unit with light once. It is calculated every time it is made.
The light emission frequency adjusting unit calculates a representative value having a plurality of the sub-index values as a population, and the pulse wave index value changes at the target level based on the representative value and the target level. A pulse wave detection device, characterized in that an appropriate number of times of light emission is determined.
前記脈波指標値を時系列順に並べた時系列データに基づいて、前記生体の状態を示す複数種類の生体情報を特定可能に構成されている生体情報特定部(F8)と、
複数種類の前記生体情報のうち、前記生体情報特定部による特定の対象とする前記生体情報を、ユーザ操作に基づいて設定する特定対象設定部(F4)と、
前記目標レベルを、前記特定対象設定部によって特定対象として設定されている前記生体情報の種類に応じた値に設定する目標レベル設定部(F5)と、を備えることを特徴とする脈波検出装置。 The pulse wave detection device according to claim 1 or 2 .
A biological information identification unit (F8) configured to be able to identify a plurality of types of biological information indicating the state of the living body based on time-series data in which the pulse wave index values are arranged in chronological order.
Among the plurality of types of the biometric information, the specific target setting unit (F4) that sets the biometric information to be specified by the biometric information specific unit based on the user operation, and the specific target setting unit (F4).
A pulse wave detection device including a target level setting unit (F5) that sets the target level to a value corresponding to the type of biometric information set as a specific target by the specific target setting unit. ..
複数種類の前記生体情報のうちの少なくとも1つは、脈波の高度解析が必要な前記生体情報として予め登録されており、
前記目標レベル設定部は、
脈波の高度解析が必要な前記生体情報に設定されている種類の前記生体情報が前記特定対象として設定されていない場合には、前記目標レベルを所定の第1目標レベルに設定する一方、
脈波の高度解析が必要な前記生体情報として設定されている種類の前記生体情報が前記特定対象として設定されている場合には、前記目標レベルを前記第1目標レベルよりも高い所定の第2目標レベルに設定することを特徴とする脈波検出装置。 The pulse wave detection device according to claim 3 .
At least one of the plurality of types of the biometric information is registered in advance as the biometric information that requires advanced analysis of the pulse wave.
The target level setting unit is
When the biometric information of the type set in the biometric information that requires advanced analysis of pulse waves is not set as the specific target, the target level is set to a predetermined first target level, while the target level is set to a predetermined first target level.
When the biometric information of the type set as the biometric information that requires advanced analysis of the pulse wave is set as the specific target, the target level is set to a predetermined second target level higher than the first target level. A pulse wave detector characterized by setting to a target level.
前記受光部は、受光素子が出力する前記受光強度を示すアナログ信号を、デジタル信号に変換して出力するアナログデジタル変換部(33)を備え、
前記アナログデジタル変換部は、アナログ信号をデジタル信号に変換する際のサンプリングレート及び分解能の少なくとも何れか一方を変更可能に構成されており、
前記アナログデジタル変換部の前記サンプリングレート及び前記分解能のうち、設定値を変更可能に構成されているパラメータの値を調整する変換部設定変更部(F6)を備え、
前記変換部設定変更部は、
脈波の高度解析が必要な前記生体情報に設定されている前記生体情報が前記特定対象として設定されていない場合には、前記アナログデジタル変換部を所定の簡易解析用モードで動作するように前記パラメータの値を設定する一方、
脈波の高度解析が必要な前記生体情報に設定されている前記生体情報が前記特定対象として設定されている場合には、前記アナログデジタル変換部を所定の高度解析用モードで動作するように前記パラメータの値を設定することを特徴とする脈波検出装置。 The pulse wave detection device according to claim 3 or 4 .
The light receiving unit includes an analog digital conversion unit (33) that converts an analog signal indicating the light receiving intensity output by the light receiving element into a digital signal and outputs the digital signal.
The analog-to-digital conversion unit is configured to be able to change at least one of the sampling rate and the resolution when converting an analog signal into a digital signal.
A conversion unit setting change unit (F6) for adjusting the value of a parameter configured to be able to change the set value among the sampling rate and the resolution of the analog-to-digital conversion unit is provided.
The conversion unit setting change unit is
When the biometric information set in the biometric information that requires advanced analysis of the pulse wave is not set as the specific target, the analog-to-digital converter is operated in a predetermined simple analysis mode. While setting the value of the parameter
When the biometric information set in the biometric information that requires advanced analysis of the pulse wave is set as the specific target, the analog-to-digital conversion unit is operated in a predetermined advanced analysis mode. A pulse wave detector characterized by setting parameter values.
前記アナログデジタル変換部はサンプリング時間を変更可能に構成されてあって、
前記変換部設定変更部は、前記発光部が光を照射していないときの前記受光強度である消灯時強度が、太陽光が当たる環境で使用されていることを示す所定の太陽光下閾値以上である場合には、前記サンプリング時間を、前記消灯時強度が前記太陽光下閾値未満である場合よりも短い値に設定することを特徴とする脈波検出装置。 The pulse wave detection device according to claim 5 .
The analog-to-digital conversion unit is configured so that the sampling time can be changed.
In the conversion unit setting changing unit, the light receiving intensity when the light emitting unit is not irradiated is equal to or higher than a predetermined threshold value under sunlight indicating that the intensity at the time of extinguishing is used in an environment exposed to sunlight. If this is the case, the pulse wave detection device is characterized in that the sampling time is set to a value shorter than that when the intensity when the light is turned off is less than the threshold value under sunlight.
前記目標レベル設定部は、前記発光部が光を照射していないときの前記受光強度である消灯時強度が、太陽光が当たる環境で使用されていることを示す所定の太陽光下閾値以上である場合には、前記目標レベルを、前記消灯時強度が前記太陽光下閾値未満である場合よりも高いレベルに設定することを特徴とする脈波検出装置。 The pulse wave detection device according to any one of claims 3 to 6 .
In the target level setting unit, the light receiving intensity when the light emitting unit is not irradiating light is equal to or higher than a predetermined threshold under sunlight indicating that the intensity at the time of extinguishing is used in an environment exposed to sunlight. In some cases, the pulse wave detection device is characterized in that the target level is set to a higher level than when the intensity when the light is turned off is less than the threshold value under sunlight.
加速度を検出する加速度センサ(4)を備え、
前記目標レベル設定部は、前記加速度センサの出力値が、前記生体が動いていることを示す所定の体動閾値以上である場合には、前記目標レベルを、前記加速度センサの出力値が前記体動閾値未満である場合よりも高いレベルに設定することを特徴とする脈波検出装置。 The pulse wave detection device according to any one of claims 3 to 7 is attached to a predetermined part of the living body and used.
Equipped with an acceleration sensor (4) that detects acceleration,
When the output value of the acceleration sensor is equal to or higher than a predetermined body movement threshold indicating that the living body is moving, the target level setting unit sets the target level and the output value of the acceleration sensor is the body. A pulse wave detection device characterized in that it is set to a higher level than when it is below the dynamic threshold.
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