JP7161306B2 - 測定装置、測定方法およびプログラム - Google Patents
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特許文献1 米国特許第9687162号明細書
図1は、本実施形態に係る測定システム1を示す。測定システム1は、生体の状態を測定するものであり、生体センサ20と、測定装置10とを備える。
生体センサ20は、生体における複数の部位からそれぞれ生体信号を検出する。生体は、本実施形態では一例として人体であるが、動物の体でもよい。生体信号は、生体の周期的な活動により変動してよい。生体信号は、自己の意思に起因する活動により変動してもよいし、意思とは無関係な活動により変動してもよい。本実施形態では一例として生体信号は、生体の周期的な生理学的現象に伴う信号であってよく、例えば、測定領域において心臓の拍動により変動する血管量、および、ヘモグロビン量(一例として酸化ヘモグロビン量)の少なくとも1つを示す信号でよい。例えば、生体センサ20は、フォトプレスチモグラフィ(PPG:Photo Plethysmography)測定法により生体信号を検出してよい。生体センサ20は、生体の部位ごとに2波長(一例として赤外波長および赤色波長)の光を体表から体内に照射して反射光を受光することで、一方の波長の反射光から測定領域内の血管量を示す信号を検出し、他方の波長の反射光から測定領域内の血管量およびヘモグロビン量を示す信号を検出してよい。生体センサ20は、検出した生体信号を生体の部位ごと、および、波長ごとに測定装置10に供給してよい。生体センサ20は生体信号をアナログ信号として出力してもよいし、デジタル信号として出力してもよい。
測定装置10は、取得部101と、分割部102と、判定部104と、正規化部103と、生成部105と、算出部106とを有する。
図2は、生体センサ20を示す。生体センサ20は、4つの発光部201と、1つの受光部202とを有する。4つの発光部201は互いに離間して配置され、生体の異なる部位の体表から体内に赤色波長および赤外波長の光を照射する。各発光部201は、マイクロ秒のオーダーで光の照射タイミングを互いにずらしてよい。発光部201は、一例としてLEDでよい。受光部202は、各発光部201から照射された光の反射光を受光して受光量に応じた信号を出力する。受光部202は、赤外波長の反射光の受光量によって測定領域内の血管量を示す信号を検出し、赤色波長の反射光の受光量によって測定領域内の血管量およびヘモグロビン量を示す信号を検出してよい。受光部202は、一例として、フォトダイオードでよいが、CCD,CMOSなどでもよい。
図3は、測定装置10による処理内容の概要を示す。測定装置10においては、取得部101によって複数の波形データH(一例として波形データH1~H4)が取得され、分割部102によって参照波形データSHを用いて各波形データHが分割波形データBH[0],BH[-1],…に分割されて、正規化部103によって各分割波形データBH[0],BH[-1],…の時間幅が正規化される。なお、角括弧内の数値は、分割波形データの取得タイミングを示す変数であり、角括弧内が「0」である場合には、分割波形データが現在の最新のデータであることを示す。また、角括弧内が負の値である場合には、分割波形データが過去のデータであることを示し、例えば、分割波形データBH[-1]は、最新よりも1つ前のデータである。後述の分割波形データセットBHSについても同様である。
図4は、本実施形態に係る測定装置10の動作を示すフローチャートである。測定装置10は、ステップS11~S21の処理を実行することにより、生体の状態を示す特徴データおよびパラメータを算出する。なお、以下で説明する動作は生体センサ20が生体に装着され測定装置10が起動されることにより開始してよい。
但し、式中、「a1」および「a2」は定数であり、一例としてa1=110,a2=25である。「R」は式(2)で算出される値である。
但し、式中「(AC/DC)red」は、赤色波長の光によって得られた代表波形の基本周波数の振幅を、代表波形のオフセット量で割った値である。同様に、「(AC/DC)ir」は、赤外波長の光によって得られた代表波形の基本周波数の振幅を、代表波形のオフセット量で割った値である。
図5は、分割波形データBHの有効性の判定手法を示す。本実施形態では一例として、判定部104は、最新の分割波形データセットBHS[0]と、過去のn個の分割波形データセットBHS[-1],…BHS[-n]との相関係数に基づいて、分割波形データセットBHS[0]の有効性を判定する。例えば、分割波形データセットBHS[0]と、分割波形データセットBHS[-1],…BHS[-n]のそれぞれとの相関係数の中央値が0.8であり、相関係数の閾値が0.7である場合には、分割波形データセットBHS[0]は有効と判定されてよい。
図8は、変形例に係る生成部105および算出部106の処理内容を示す。
なお、上記の実施形態では、生体センサ20は測定領域内の血管量および/またはヘモグロビン量を示す生体信号を検出することとして説明したが、他の種類の生体信号を検出してもよい。例えば、生体センサ20は生体の複数の部位で心筋の活動電位を生体信号として検出してよい。一例として生体センサ20は、四肢および胸部における複数の部位から活動電位を検出してよい。この場合には、取得部101は波形データとして12誘導心電図のデータを取得してよい。また、算出部106は、脈拍数をパラメータとして算出してよい。
Claims (29)
- 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部と、
を備え、
前記生成部は、複数の前記分割波形データを、当該分割波形データの有効性に基づいて加算して前記特徴データを生成する、測定装置。 - 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部と、
を備え、
前記生成部は、複数の前記分割波形データを、各分割波形データの有効性の指標値に応じて重み付けする、測定装置。 - 前記生成部は、有効性の指標値が基準値よりも低い各分割波形データの重み係数をゼロにする、請求項2に記載の測定装置。
- 前記生成部は、前記生体の互いに異なる部位から検出された、同じ周期に対応する複数の分割波形データのうち有効性の指標値が基準値以上の各分割波形データの重み係数を均等にする、請求項3に記載の測定装置。
- 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部と、
を備え、
前記生成部は、複数の前記分割波形データのうち有効性が基準値以上の分割波形データを並べて前記特徴データを生成する、測定装置。 - 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部と、
を備え、
前記複数の波形データは、互いに同じ部位から検出された、SN比が異なる2つの波形データを含み、
前記判定部は、前記2つの波形データのうちSN比が高い方の波形データの各分割波形データについて有効性を判定して、SN比が高い方および低い方の波形データの各分割波形データの有効性とする、測定装置。 - 前記判定部は、少なくとも1つの前記分割波形データを含む各分割波形データセットと、当該分割波形データセットとは異なる複数の他の分割波形データセットとの類似度に基づいて、当該分割波形データセットに含まれる前記分割波形データの有効性を判定する、請求項1から6のいずれか一項に記載の測定装置。
- 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部と、
を備え、
前記判定部は、
少なくとも1つの前記分割波形データを含む各分割波形データセットと、当該分割波形データセットとは異なる複数の他の分割波形データセットとの類似度に基づいて、当該分割波形データセットに含まれる前記分割波形データの有効性を判定し、
前記分割波形データセットと、前記複数の他の分割波形データセットそれぞれとの複数の類似度の中央値を、当該分割波形データセットと前記複数の他の分割波形データセットとの類似度とする、測定装置。 - 前記判定部は、各分割波形データセットと、当該分割波形データセットと同じ部位から検出された前記複数の他の分割波形データセットとの類似度に基づいて、当該分割波形データセットに含まれる前記分割波形データの有効性を判定する、請求項7または8に記載の測定装置。
- 前記判定部は、各分割波形データセットと、当該分割波形データセットよりも前に検出された前記複数の他の分割波形データセットとの類似度に基づいて、当該分割波形データセットに含まれる前記分割波形データの有効性を判定する、請求項7から9のいずれか一項に記載の測定装置。
- 各分割波形データセットは、同じ部位から連続して検出された複数の前記分割波形データを含む、請求項7から10のいずれか一項に記載の測定装置。
- 各分割波形データセットは、1つの前記分割波形データを含む、請求項7から10のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記判定部は、前記分割波形データセットと、前記複数の他の分割波形データセットとの類似度が閾値よりも大きい場合に、当該分割波形データセットに含まれる前記分割波形データを有効と判定する、請求項7から12のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記類似度は、相関係数である、請求項7から13のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記分割部は、各波形データにおいて繰り返し生じる同種の前記整数の個数ごとの特徴点の間を前記分割波形データとする、請求項1から14のいずれか一項に記載の測定装置。
- 複数の前記分割波形データの時間幅を正規化する正規化部をさらに備える、請求項15に記載の測定装置。
- 前記特徴データに基づいて前記生体の状態を示すパラメータを算出する算出部をさらに備える、請求項1から16のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記パラメータは、前記生体の血中酸素飽和度である、請求項17に記載の測定装置。
- 前記複数の波形データは、それぞれ脈波データである、請求項1から18のいずれか一項に記載の測定装置。
- 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得段階と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割段階と、
各分割波形データの有効性を判定する判定段階と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成段階と、
を備え、
前記生成段階では、複数の前記分割波形データを、当該分割波形データの有効性に基づいて加算して前記特徴データを生成する、測定方法。 - 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得段階と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割段階と、
各分割波形データの有効性を判定する判定段階と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成段階と、
を備え、
前記生成段階では、複数の前記分割波形データを、各分割波形データの有効性の指標値に応じて重み付けする、測定方法。 - 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得段階と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割段階と、
各分割波形データの有効性を判定する判定段階と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成段階と、
を備え、
前記生成段階では、複数の前記分割波形データのうち有効性が基準値以上の分割波形データを並べて前記特徴データを生成する、測定方法。 - 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得段階と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割段階と、
各分割波形データの有効性を判定する判定段階と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成段階と、
を備え、
前記複数の波形データは、互いに同じ部位から検出された、SN比が異なる2つの波形データを含み、
前記判定段階では、前記2つの波形データのうちSN比が高い方の波形データの各分割波形データについて有効性を判定して、SN比が高い方および低い方の波形データの各分割波形データの有効性とする、測定方法。 - 生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得段階と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割段階と、
各分割波形データの有効性を判定する判定段階と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成段階と、
を備え、
前記判定段階では、
少なくとも1つの前記分割波形データを含む各分割波形データセットと、当該分割波形データセットとは異なる複数の他の分割波形データセットとの類似度に基づいて、当該分割波形データセットに含まれる前記分割波形データの有効性を判定し、
前記分割波形データセットと、前記複数の他の分割波形データセットそれぞれとの複数の類似度の中央値を、当該分割波形データセットと前記複数の他の分割波形データセットとの類似度とする、測定方法。 - コンピュータを、
生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部、
として機能させ、
前記生成部は、複数の前記分割波形データを、当該分割波形データの有効性に基づいて加算して前記特徴データを生成する、プログラム。 - コンピュータを、
生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部、
として機能させ、
前記生成部は、複数の前記分割波形データを、各分割波形データの有効性の指標値に応じて重み付けする、プログラム。 - コンピュータを、
生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部、
として機能させ、
前記生成部は、複数の前記分割波形データのうち有効性が基準値以上の分割波形データを並べて前記特徴データを生成する、プログラム。 - コンピュータを、
生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部、
として機能させ、
前記複数の波形データは、互いに同じ部位から検出された、SN比が異なる2つの波形データを含み、
前記判定部は、前記2つの波形データのうちSN比が高い方の波形データの各分割波形データについて有効性を判定して、SN比が高い方および低い方の波形データの各分割波形データの有効性とする、プログラム。 - コンピュータを、
生体の複数の部位から検出された、前記生体の周期的な活動に伴う複数の波形データを取得する取得部と、
前記複数の波形データのそれぞれを、整数周期分の分割波形データに分割する分割部と、
各分割波形データの有効性を判定する判定部と、
前記複数の波形データにおける各分割波形データと、当該分割波形データの有効性とに基づいて、前記生体の状態を示す特徴データを生成する生成部、
として機能させ、
前記判定部は、
少なくとも1つの前記分割波形データを含む各分割波形データセットと、当該分割波形データセットとは異なる複数の他の分割波形データセットとの類似度に基づいて、当該分割波形データセットに含まれる前記分割波形データの有効性を判定し、
前記分割波形データセットと、前記複数の他の分割波形データセットそれぞれとの複数の類似度の中央値を、当該分割波形データセットと前記複数の他の分割波形データセットとの類似度とする、プログラム。
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