JP7183342B2 - 腕時計型装置及び手首型ウェアラブル装置 - Google Patents

Description

本発明は、腕時計型装置及び手首型ウェアラブル装置に関し、より詳細には、心電図及び多地点から測定された脈波信号に基づいて算出された脈波伝播時間を用いて生体情報を推定し、抹消血管抵抗情報又は外部生体情報測定装置から受信した基準生体情報に基づいて、推定された生体情報を補正する腕時計型装置及び手首型ウェアラブル装置に関する。

一般的な血圧測定方法として加圧式カフ形態の方法が使われている。この方式は、カフを用いて最大血圧付近まで血管を圧迫してから緩める方法で測定する非連続の測定形態である。また、加圧ポンプなどの構造のために携帯用腕時計の形態で用いるのには適していない。最近、無加圧式カフレス形態の血圧測定方法が研究されている。一般的なカフレス血圧測定方式として脈波伝播時間（ｐｕｌｓｅ ｔｒａｎｓｉｔ ｔｉｍｅ：ＰＴＴ）と血圧の相関関係を用いる方式、例えば互いに異なる２つの地点から測定された脈波又は心電図（Ｅｌｅｃｔｏｒｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ：ＥＣＧ）を用いる。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、被検体の心電図及び多地点から測定された生体信号に基づいて推定された生体情報を補正する腕時計型装置及び手首型ウェアラブル装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による腕時計型装置は、腕時計型装置であって、本体と、前記本体に接続され、ユーザの手首を取り囲むように構成されるストラップと、前記本体に設けられ、前記ユーザからのタッチ入力を受信するように構成される表示部と、心電図（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ：ＥＣＧ）センサーと、を有し、前記心電図センサーは、第１電極と第２電極を使用して前記ユーザの心電図信号を測定するように構成され、前記ユーザが前記腕時計型装置を一方の手首に装着した時に、前記ユーザの一方の手首と接触するように前記本体の下部の第１部分に配置される前記第１電極と、前記本体の下部とは異なる前記本体の上部の第２部分に配置され、前記ユーザの他方の手首側にある指と接触する前記第２電極と、前記本体の下部の前記第１部分に配置され、前記一方の手首で手首の脈波信号（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ ｓｉｇｎａｌ：ＰＰＧ ｓｉｇｎａｌ）を測定するように構成される第１脈波センサーと、前記本体の下部とは異なる前記本体の上部の前記第２部分に配置され、前記ユーザの他方の手首側にある指からの指の脈波信号を測定するように構成される第２脈波センサーと、前記タッチ入力に基づいて、前記心電図信号、指の脈波信号、及び手首の脈波信号を用いて生体情報を取得するように構成される処理部と、を含むことを特徴とする。

前記処理部は、前記表示部によって提供されるインターフェースを介して入力されるコマンドに基づいて、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号各々を測定するために、前記心電図センサー、前記第１脈波センサー、及び前記第２脈波センサーを制御するようにさらに構成されることが好ましい。
前記処理部は、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号を使用して複数の脈波伝播時間を決定し、前記複数の脈波伝播時間に基づいて前記生体情報を取得するようにさらに構成されることが好ましい。

前記心電図センサー、前記第１脈波センサー、及び前記第２脈波センサーは、それぞれ、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号を同時に測定するように構成されることが好ましい。
前記表示部は、前記生体情報を表示するようにさらに構成されることが好ましい。
前記表示部は、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号の内の少なくとも１つを表示するようにさらに構成されることが好ましい。

前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記心電図センサーの正極及び負極に対応することが好ましい。
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記心電図センサーの負極及び正極に対応することが好ましい。
前記生体情報は、前記ユーザの血圧レベルを含むことが好ましい。
前記生体情報は、前記ユーザのストレスレベルを含むことが好ましい。

前記処理部は、基準生体情報に基づいて前記生体情報を補正するようにさらに構成されることが好ましい。
前記第１部分は、前記第２部分とは異なることが好ましい。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による手首型ウェアラブル装置は、手首型ウェアラブル装置であって、本体と、前記本体に接続され、ユーザの手首を取り囲むように構成されるストラップと、前記本体に設けられる表示部と、前記本体の下部の第１部分に配置される第１電極と、前記第１部分とは異なる前記本体の上部の第２部分に配置される第２電極と、を含む心電図（ＥＣＧ）センサーと、を有し、前記心電図センサーは、前記第１電極と前記手首型ウェアラブル装置が装着された前記ユーザの一方の手首との間の接触、及び前記第２電極と前記ユーザの他方の手首側にある指との間の接触に基づいて、前記ユーザの心電図信号を測定するように構成され、前記本体の下部の前記第１部分に配置され、前記ユーザの一方の手首との間の接触に基づいて手首の脈波信号（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ ｓｉｇｎａｌ：ＰＰＧ ｓｉｇｎａｌ）を測定するように構成される第１脈波センサーと、前記第１部分とは異なる前記本体の上部の第２部分に配置され、前記ユーザの他方の手首側にある指の脈波信号を測定するように構成される第２脈波センサーと、前記心電図信号、前記指の脈波信号、及び前記手首の脈波信号を用いて生体情報を取得するように構成される処理部と、を含むことを特徴とする。

前記表示部は、コマンドのタッチ入力を受信するインターフェースを提供するようにさらに構成され、前記処理部は、前記タッチ入力に基づいて、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号各々を測定するために、前記心電図センサー、前記第１脈波センサー、及び前記第２脈波センサーを制御するようにさらに構成されることが好ましい。
前記処理部は、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号を使用して複数の脈波伝播時間を決定し、前記複数の脈波伝播時間に基づいて前記生体情報を取得するようにさらに構成されることが好ましい。

前記処理部は、同時に測定される前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号を用いて、前記複数の脈波伝播時間を決定するようにさらに構成されることが好ましい。

本発明によれば、心電図及び多地点から測定された２つ以上の異なる脈波信号を用いて脈波伝播時間を算出し、算出された脈波伝播時間を血圧推定に反映することによって、また異なる脈波信号を用いて算出された脈波伝播時間に基づいて拡張期血圧を推定することによって、ＰＥＰによって発生する血圧推定誤差を減らすことができる。

一実施形態による生体情報推定装置の構造を示す図である。 一実施形態による生体情報推定装置のブロック図である。 一実施形態による生体情報推定装置のセンサー部を示すブロック図である。 一実施形態による生体情報推定装置の処理部の一例を示すブロック図である。 図４の処理部が生体情報を推定する一例を説明するための図である。 一実施形態による生体情報推定装置の処理部の他の例を示すブロック図である。 一実施形態による生体情報推定装置の処理部の更に他の例を示すブロック図である。 図７の処理部が生体情報を補正する一例を説明するための図である。 他の実施形態による生体情報推定装置のブロック図である。 図９の実施形態による処理部の構成を示すブロック図である。 図９の生体情報推定装置が生体情報を補正する一例を説明するための図である。 一実施形態による生体情報推定方法の一例を示すフローチャートである。 図１２の生体情報推定方法における生体情報推定段階の一例を示すフローチャートである。 一実施形態による生体情報推定方法の他の例を示すフローチャートである。 他の実施形態による生体情報推定方法の一例を示すフローチャートである。

本発明の実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれる。本明細書に記載した技術の利点及び特徴、そしてそれらを果たす方法は、図面と共に詳細に後述する実施形態を参照することで明確になる。明細書の全般に亘って同じ参照符号は同じ構成要素を称する。

第１、第２などの用語を多様な構成要素の説明に使用するが、構成要素は用語によって限定されない。用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使われる。単数の表現は、文脈上取り立てて明示しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を“含む”とする場合、これは特に取り立てて言及しない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素を更に含み得ることを意味する。また、明細書に記載の“…部”、“モジュール”などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これはハードウェア又はソフトウェアとして具現されるか、或いはハードウェアとソフトウェアとの結合として具現される。

以下、本発明の生体情報推定装置及び方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、一実施形態による生体情報推定装置の構造を示す図である。

本実施形態による生体情報推定装置１は、ユーザの身体に着用可能なウェアラブル機器である。また、その形態は、特に何れか１つに制限されず、必要に応じて腕時計型、腕輪型、腕バンド型、指輪型、メガネ型、ヘアバンド型などの多様な形態で製作される。但し、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したように、本実施形態の生体情報推定装置１は、説明の便宜上、腕時計型ウェアラブル機器を例として説明する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、生体情報推定装置１は、本体１００とその本体１００に連結されてユーザの手首を取り囲むようにフレキシブルに形成されたストラップ１５０とを含む。

本体１００には、生体情報を推定するための多様な機能を行う各種のモジュールが搭載される。例えば、複数の被検地点Ｏ１、Ｏ２から生体信号を測定するセンサーモジュールと、センサーモジュールによって測定された複数の生体信号を用いて生体情報を推定する処理モジュールと、が搭載される。

生体情報推定装置１によって推定可能な生体情報は、拡張期血圧及び収縮期血圧を含む血圧情報である。しかし、生体情報は、これに限定されるものではなく、血管年齢、動脈硬化度、大動脈圧波形、ストレス指数、疲労度などを含む。また、このような生体情報を推定するために、センサーモジュールによって被検体の複数の地点Ｏ１、Ｏ２から測定される生体信号は、心電図及び光電容積脈波信号（以下、‘脈波信号’と称する）などを含む。

例えば、ユーザが生体情報推定装置１を着用することによって、本体１００がストラップ１５０によってユーザの手首の上部（即ち、手の甲の方向）に密着されると、センサーモジュールのうちの少なくとも一部は、第１被検地点、例えば静脈血又は毛細血が通る手首の上部Ｏ１で生体信号を測定できるように、第１被検地点Ｏ１に密着される本体１００の下部１１０の特定位置Ｓ１に配置される。また、センサーモジュールのうちの少なくとも一部は、第２被検地点、例えば生体情報推定装置１が着用されていない他の手の指Ｏ２で生体信号を測定できるように、本体１００の上部１２０の特定位置Ｓ２に配置される。

本体１００の上部１２０には、センサーモジュールによって測定された生体信号や処理モジュールによって処理された結果を表示する表示モジュール１４０が搭載される。表示モジュール１４０は、処理結果の表示以外にも、タッチ入力が可能に具現されてユーザとインタラクションする。また、外部の他の装置と有線無線通信方式で接続して生体情報の推定に必要な各種のデータを送受信する通信モジュールが搭載される。但し、これに制限されるものではなく、その他の多様な機能を行うための各種のモジュールが搭載される。

一方、センサーモジュールが本体１００に搭載されることを上述したが、これに制限されるものではなく、橈骨動脈が通る被検地点で生体信号を獲得できるように、センサーモジュールのうちの少なくとも一部はストラップ１５０に装着される。例えば、橈骨動脈が通る第１被検地点に接触するストラップ１５０の一面にセンサーモジュールが配置され、そのストラップ１５０の他面に第２被検地点である他の手の指が接触するように配置される。或いは、第１被検地点から生体信号を獲得するためのセンサーモジュールがストラップ１５０に搭載され、第２被検地点からの生体信号のためのセンサーモジュールが本体１００の上部１２０に搭載される。

図２は、一実施形態による生体情報推定装置のブロック図であり、図３は、一実施形態による生体情報推定装置のセンサー部を示すブロック図である。本実施形態による生体情報推定装置２００は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した生体情報推定装置１の一実施形態である。

図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図２を参照すると、センサー部２１０、処理部２２０、及び表示部２３０を含む。

センサー部２１０は、ユーザの多数の被検地点から生体信号を獲得するための１つ以上のセンサーを含む。センサー部２１０は、上述したように、本体１００又はストラップ１５０に搭載される。以下、説明の便宜上、本体１００に搭載されることを例として説明する。センサー部２１０は、ユーザから心電図を測定する心電図センサー３１０及び２つ以上の複数の被検地点で脈波信号を測定する脈波センサー３２０を含む。

心電図センサー３１０は、第１電極３１１及び第２電極３１２を含む。第１電極３１１は、本体１００の下部１１０が被検体に密着した時に第１被検地点Ｏ１に接触するように、本体１００の下部１１０の特定位置Ｓ１に配置される。また、第２電極３１２は、被検体の第２被検地点Ｏ２が接触する本体１００の上部１２０の特定位置Ｓ２に配置される。ここで、第１電極３１１は（＋）電極であり、第２電極３１２は（－）電極である。

脈波センサー３２０は、ユーザから２つ以上の脈波信号を測定するために２つ以上の脈波センサーを含む。図３を参照すると、脈波センサー３２０は、被検体の２つの地点でそれぞれ脈波信号を測定する第１脈波センサー３２１及び第２脈波センサー３２２を含む。第１脈波センサー３２１は、ユーザの第１被検地点Ｏ１が接触する本体１００の下部１１０の特定位置Ｓ１に配置されて、第１被検地点Ｏ１から脈波信号を測定する。また、第２脈波センサー３２２は、ユーザの第２被検地点Ｏ２が接触する本体の上部１２０の特定位置Ｓ２に配置されて、第２被検地点Ｏ２から脈波信号を測定する。第１脈波センサー３２１及び第２脈波センサー３２２は、それぞれ光を照射する光源及びユーザから反射して戻ってくる光を検出するディテクターを含む。

センサー部２１０は、処理部２２０から制御信号を受信し、ユーザの第２被検地点Ｏ２が本体１００の上部１２０の特定領域Ｓ２に接触すると、心電図センサー３１０が駆動されて心電図を測定し、第１脈波センサー３２１及び第２脈波センサー３２２が駆動されて、それぞれ第１被検地点Ｏ１及び第２被検地点Ｏ２から第１脈波信号及び第２脈波信号を測定する。

処理部２２０は、本体１００の内部に搭載され、センサー部２１０に電気的に接続される。処理部２２０は、ユーザの指示や所定の条件を満足する場合、センサー部２１０を制御する制御信号を発生させて生体信号を測定させる。また、センサー部２１０から測定された生体信号、例えば心電図、第１脈波信号、第２脈波信号を受信し、受信された生体信号を用いて生体情報を推定する。この際、本体１００には、ユーザの指示が入力される別途の操作部が装着され、上述したように表示モジュールがタッチ入力機能を備える場合、表示モジュールを通じて提供されるインターフェースを通じてユーザの指示が入力される。

表示部２３０は、処理部２２０の制御信号によって測定された生体信号、推定された生体情報、生体情報に関連するアラームや警告情報、各種のインターフェース画面などの情報を表示してユーザに提供する。

図４は、一実施形態による生体情報推定装置の処理部の一例を示すブロック図であり、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４の処理部が生体情報を推定する一例を説明するための図である。

図４、図５（ａ）、図５（ｂ）を参照して、生体情報推定装置２００の処理部４００の構成の一実施形態を説明する。本実施形態による処理部４００は、図示したように伝播時間算出部４１１、第１推定部４１２、脈波分析部４２１、及び第２推定部４２２を含む。

伝播時間算出部４１１は、センサー部２１０から心電図及び２つ以上の脈波信号が受信されると、心電図及び２つ以上の脈波信号を用いて３つ以上の脈波伝播時間（ＰＴＴ）を算出する。図５（ａ）は、下から順に心電図信号、第１脈波信号（例：手首ＰＰＧ）、及び第２脈波信号（例：指ＰＰＧ）を示す。伝播時間算出部４１１は、心電図及び第１脈波信号を用いて第１脈波伝播時間（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ １：ＤＰＴＴ１）を算出し、心電図及び第２脈波信号を用いて第２脈波伝播時間（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ ２：ＤＰＴＴ２）を算出し、第１脈波信号及び第２脈波信号を用いて第３脈波伝播時間（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ ３：ＤＰＴＴ３）を算出する。

第１推定部４１２は、伝播時間算出部４１１によって３つ以上の脈波伝播時間（ＤＰＴＴ１、ＤＰＴＴ２、ＤＰＴＴ３）が算出されると、下記の数式１のように算出された３つ以上の脈波伝播時間を第１推定モデル（Ｆ_１）に適用して第１生体情報（ＢＩ_１）を推定する。第１推定モデル（Ｆ_１）は、生体情報を推定するための数学関数式の形態であるが、これに限定されず、３つ以上の脈波伝播時間に基づく値（例えば、脈波伝播時間自体、平均値など）及び推定しようとする生体情報の値をマッピングしたテーブルの形態でもある。ここで、第１生体情報は、血圧であり、特に拡張期血圧である。

一般的に、血圧などの生体情報の推定時に、心電図及び１つの脈波信号に基づいて算出された１つの脈波伝播時間を用いるため、推定された血圧情報にはＰＥＰ（ｐｒｅｅｊｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ：前駆出期）による血圧推定誤差が存在する。しかし、本実施形態によれば、心電図及び１つの脈波信号以外にも、多地点から測定された２つ以上の異種の脈波信号を用いて脈波伝播時間を算出し、算出された脈波伝播時間を血圧推定に反映することによってＰＥＰによる血圧推定誤差を減らすことができる。

また、脈波分析部４２１は、センサー部２１０から心電図及び２つ以上の脈波信号が受信されると、多地点から測定された２つ以上の脈波信号の波形に基づいて、反射波が脈波信号の波形に及ぼす影響の程度を分析する。例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したように、脈波分析部４２１は、各脈波信号（ＰＷ１、ＰＷ２）で反射波（ＲＷ１、ＲＷ２）が及ぼす影響の程度を分析するため、各脈波信号（ＰＷ１、ＰＷ２）の波形で特徴点（例：波形の変曲点）を抽出し、抽出された特徴点を用いて反射波特性情報を抽出する。この際、脈波分析部４２１は、各脈波信号（ＰＷ１、ＰＷ２）を２次微分して２次微分信号のローカル最小地点（ｌｏｃａｌ ｍｉｎｉｍｕｍ ｐｏｉｎｔ）に該当する時間位置に対応する脈波信号の位置を特徴点として抽出する。図５（ｂ）を参照すると、第１脈波信号ＰＷ１で３つの特徴点（ｆ１１、ｆ１２、ｆ１３）、第２脈波信号ＰＷ２で３つの特徴点（ｆ２１、ｆ２２、ｆ２３）が抽出されることが分かる。

脈波分析部４２１は、このように、各脈波信号（ＰＷ１、ＰＷ２）で特徴点が抽出されると、異なる脈波信号間の対応する特徴点又は同じ脈波信号内の特徴点の時間差を用いて第１脈波伝播時間又は第２脈波伝播時間を反射波特性情報として抽出する。例えば、図５（ｂ）に示したように、第１脈波信号ＰＷ１と第２脈波信号ＰＷ２との間の対応する特徴点（ｆ１１－ｆ２１、ｆ１２－２２、ｆ１３－ｆ２３）の時間差を用いて３つの第１脈波伝播時間（ＳＰＴＴ１、ＳＰＴＴ２、ＳＰＴＴ３）を算出し、第１脈波信号ＰＷ１内の特徴点（ｆ１１－ｆ１３）の時間差及び第２脈波信号ＰＷ２内の特徴点（ｆ２１－ｆ２３）の時間差を用いて第２脈波伝播時間（ＰＰＴＴ１、ＰＰＴＴ２）を算出する。

第２推定部４２２は、脈波分析部４２１によって反射波特性情報が抽出されると、抽出された反射波特性情報を第２推定モデルに適用して第２生体情報を推定する。また、第２推定モデルは、第１推定モデルと同様に数学関数式の形態であるが、これに限定されるものではない。第２推定部４２２は、下記の数式２のように抽出された反射波特性情報（ＳＰＴＴ１、ＳＰＴＴ２、ＳＰＴＴ３、ＰＰＴＴ１、ＰＰＴＴ２）を第２推定モデル（Ｆ_２）に適用して算出された結果に、第１推定部４１２によって推定された第１生体情報（ＢＩ_１）の値を加えて第２生体情報（ＢＩ_２）を推定する。ここで、第２生体情報は、血圧情報、特に収縮期血圧情報である。

一般的に、収縮期血圧の場合、脈波信号の波形が反射波によって影響を多く受ける。しかし、本実施形態によれば、拡張期血圧の測定と別途に反射波の影響の程度を反映して収縮期血圧を測定することによって、推定誤差を減らすことができる。

図６は、一実施形態による生体情報推定装置の処理部の他の例を示すブロック図である。

図６を参照すると、本実施形態による処理部６００は、伝播時間算出部４１１、第１推定部４１２、脈波分析部４２１、第２推定部４２２を含み、推定モデル生成部６１０を更に含む。伝播時間算出部４１１、第１推定部４１２、脈波分析部４２１、及び第２推定部４２２については、上述したため、以下、省略する。

推定モデル生成部６１０は、ユーザの要請や既定の条件を満足する場合、生体情報の推定に必要な推定モデル、即ち上述した第１推定モデル及び第２推定モデルを生成又は更新する。推定モデル生成部６１０は、ユーザが生体情報推定装置２００を初めて使用するために登録する時点で推定モデルを生成する。また、ユーザが要請する時点や既定の所定周期に推定モデルを生成又は更新する。

推定モデル生成部６１０は、推定モデルにユーザの個人特性が反映されるように、ユーザから個人情報、例えば年齢、性別、身長、体重、健康状態などの身体特性に関する情報が入力される。このようなユーザの個人情報は、推定モデルから推定される生体情報の値を制限する因子として用いられ、例えば血圧推定の場合、血圧の最大値及び最小値の範囲を制限する用途として使用される。

推定モデル生成部６１０は、推定モデルの生成要請に応じてセンサー部２１０を所定時間（例：４時間）の間に所定間隔（例：１５分）毎に生体信号を測定するように制御し、測定された生体信号を学習データとして収集する。また、推定モデル生成部６１０は、外部生体情報測定装置によって獲得された実際の生体情報の値、例えばカフ型血圧測定装置から測定された血圧を学習データとして収集する。但し、このような実施形態に制限されるものではなく、ユーザの末梢血管抵抗数値、血液粘度、血液拍出量などの多様な情報が学習データとして収集される。

推定モデル生成部６１０は、このように収集された個人情報及び学習データを用いて推定モデルを生成又は更新する。

図７は、一実施形態による生体情報推定装置の処理部の更に他の例を示すブロック図であり、図８は、図７の処理部が生体情報を補正する一例を説明するための図である。

図７を参照すると、本実施形態による処理部７００は、伝播時間算出部４１１、第１推定部４１２、脈波分析部４２１、第２推定部４２２を含み、補正部７１０を更に含む。伝播時間算出部４１１、第１推定部４１２、脈波分析部４２１，及び第２推定部４２２については、上述したため、以下、省略する。

補正部７１０は、センサー部２１０によって測定された２つ以上の脈波信号を用いて追加情報を推定し、推定された追加情報を更に考慮して、第１推定部４１２及び第２推定部４２２に第１生体情報及び第２生体情報を推定させる。或いは、第１生体情報及び第２生体情報と追加情報との相関関係を示すモデルが予め構築される場合、追加情報を用いて第１生体情報及び第２生体情報自体を補正する。ここで、追加情報は、末梢血管抵抗数値のような情報を含むが、特にこれに限定されるものではない。

補正部７１０は、センサー部２１０によって測定された第１脈波信号及び第２脈波信号の波形を用いて血管波動が伝播される形態を推定し、推定された伝播形態を血管抵抗推定モデルに適用して末梢血管抵抗数値のような情報を推定する。この際、血管抵抗推定モデルは、大動脈から橈骨動脈及び頸動脈に伝播される形態を示す血管抵抗推定モデルを、手首から測定される第１脈波信号及び指から測定される第２脈波信号への伝播形態に合わせてフィッティング（ｆｉｔｔｉｎｇ）して予め生成される。

図８に示したように、手の末梢血管の抵抗が０である時の波形がＲ１である場合、末梢血管の抵抗によってＲ１の波形がＲ２のように変形されると、変形された程度を血管抵抗推定モデルに適用して末梢血管抵抗数値を推定する。例えば、補正部７１０は、手首から測定された第１脈波信号の波形を抵抗がない時の波形（例：波形Ｒ１）であると仮定し、指から測定された第２脈波信号の波形を抵抗がある時の波形（例：波形Ｒ２）であると仮定して、２つの波形の間の差（例：波形Ｒ１及びＲ２）を血管抵抗モデルに適用して末梢血管抵抗情報を推定する。

第１推定部４１２は、下記の数式３のように、伝播時間算出部４１１によって算出された脈波伝播時間（ＰＴＴ１、ＰＴＴ２、ＰＴＴ３）及び末梢血管抵抗情報（ＴＰＲ）を第１推定モデル（Ｆ_１）に適用して第１生体情報を推定する。

同様に、第２推定部４２２は、下記の数式４のように、脈波分析部４２１によって抽出された反射波特性情報（ＰＰＴＴ１、ＰＰＴＴ２、ＳＰＴＴ１、ＳＰＴＴ２、ＳＰＴＴ３）及び末梢血管抵抗情報（ＴＰＲ）を第２推定モデル（Ｆ_２）に適用して第２生体情報を推定する。

図９は、他の実施形態による生体情報推定装置のブロック図である。図１０は、図９の実施形態による処理部の構成を示すブロック図であり、図１１は、図９の生体情報推定装置が生体情報を補正する一例を説明するための図である。本実施形態による生体情報推定装置９００は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した生体情報推定装置１の他の実施形態である。

図９を参照すると、生体情報推定装置９００は、センサー部９１０、処理部９２０、及び通信部９３０を含む。通信部９３０は通信インターフェースとして具現される。本実施形態による生体情報推定装置９００は、外部生体情報測定装置９５０から基準生体情報を受信し、受信された基準生体情報を用いて生体情報を補正する。センサー部９１０は、図３を参照して上述したように、心電図センサー及び２つ以上の脈波センサーを含み、２つ以上の被検地点から心電図及び脈波信号を測定する。処理部９２０（図１０の参照符号１０００）は、伝播時間算出部１０１１、第１推定部１０１２、脈波分析部１０２１、第２推定部１０２２、推定モデル１０３０、及び補正部１０４０を含み、センサー部９１０によって測定された生体信号を用いて生体情報を推定する。センサー部９１０及び処理部９２０については、上述したため、以下、重複しない機能を中心に説明する。

処理部９２０は、ユーザの補正指示に基づいて通信部９３０を制御して外部生体情報測定装置９５０と通信接続する。通信方式は、ブルートゥース（登録商標）（ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））通信、ＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）通信、近距離無線通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）、ＷＬＡＮ（無線ＬＡＮ）通信、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標））通信、赤外線（ＩｒＤＡ：ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）通信、ＷＦＤ（Ｗｉ－Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ）通信、ＵＷＢ（ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ）通信、Ａｎｔ＋通信、ＷｉＦｉ通信、及び移動通信方式を含むが、これらに限定されるものではない。

処理部９２０は、外部生体情報測定装置９５０との通信接続が成功すると、外部生体情報測定装置９５０がユーザからの生体情報を獲得する間にセンサー部９１０を制御してユーザから生体信号を測定する。但し、これは、一例であるので、必ずしも外部生体情報測定装置９５０と同時に進行するものと限定されるものではない。

センサー部９１０によって生体信号が推定されると、伝播時間算出部１０１１及び第１推定部１０１２は第１生体情報を推定し、脈波分析部１０２１及び第２推定部１０２２は第２生体情報を推定する。

通信部９３０は、外部生体情報測定装置９５０が生体情報の推定を完了すると、推定された生体情報を基準生体情報として受信し、補正部１０４０に伝達する。

補正部１０４０は、受信された基準生体情報を用いて第１推定部１０１２及び第２推定部１０２２によって推定された生体情報の値自体を補正する。或いは、補正部１０４０は、生体情報の推定に必要な推定モデル１０３０を補正する。推定モデル１０３０は、第１推定モデル及び第２推定モデルとして保存モジュールに保存される。保存モジュールは、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、カードタイプのメモリ（例えば、ＳＤメモリ（登録商標）又はＸＤメモリなど）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気メモリ、磁気ディスク、光ディスクのうちの少なくとも１つのタイプの記録媒体を含むが、例示したものに限定されるものではない。

一例として、補正部１０４０は、伝播時間算出部１０１１及び脈波分析部１０２１によって算出された脈波伝播時間や反射波特性情報を補正する。ここで、外部生体情報測定装置９５０はカフ型血圧測定装置であり、基準生体情報は測定された血圧情報及び多地点から測定されたカフ圧力情報を含む。

例えば、図１１に示すように、ユーザが腕時計型カフレス血圧推定装置１１１０を着用した状態で補正指示を入力すると、カフレス血圧推定装置１１１０は、カフ型血圧測定装置１１２０に接続して血圧情報やカフ圧力情報などを受信し、受信された血圧情報やカフ圧力情報などを用いてカフレス血圧推定装置１１１０が推定した血圧情報に関連する情報を補正する。

図１２は、一実施形態による生体情報推定方法の一例を示すフローチャートであり、図１３は、図１２の生体情報推定方法における生体情報推定段階の一例を示すフローチャートである。図１２は、図２の生体情報推定装置２００によって行われる生体情報推定方法の一実施形態である。上述した重複する説明を最小化するため、簡単に説明する。

先ず、生体情報推定装置２００は、ユーザから心電図及び２つ以上の脈波信号を測定する（段階１２１０）。本実施形態において、生体情報推定装置２００は、複数の生体信号、例えば心電図及び脈波信号を用いて生体情報の推定が可能になるように、ユーザの複数の地点で生体信号を測定する心電図センサー及び２つ以上の脈波センサーを含む。

次いで、心電図信号及び２つ以上の脈波信号が測定されると、測定された心電図及び２つ以上の脈波信号に基づいて生体情報を推定する（段階１２２０）。また、推定された生体情報はユーザのために表示される（段階１２３０）。

図１３を参照して、生体情報推定段階（段階１２２０）の一実施形態を更に詳しく説明すると、先ず、測定された心電図及び２つ以上の脈波信号を用いて３つ以上の脈波伝播時間を算出する（段階１３１１）。

次いで、算出された３つ以上の脈波伝播時間を第１推定モデルに適用して第１生体情報を推定する（段階１３１２）。本実施形態によれば、互いに異なる脈波信号を用いて算出された脈波伝播時間に基づいて、第１生体情報、例えば拡張期血圧を推定することによって、ＰＥＰによって発生する血圧推定誤差を減らすことができる。

また、段階１２１０で、心電図及び２つ以上の脈波信号が測定されると、２つ以上の脈波信号を用いて反射波特性情報を抽出する（段階１３２１）。例えば、第１脈波信号及び第２脈波信号から複数の特徴点をそれぞれ抽出し、第１脈波信号と第２脈波信号との間の対応する特徴点の時間差を用いて第１脈波伝播時間を算出し、第１脈波信号内及び第２脈波信号内のそれぞれの特徴点の時間差を用いて第２脈波伝播時間を算出し、算出された第１又は第２脈波伝播時間を反射波特性情報として抽出する。

次いで、抽出された反射波特性情報を第２推定モデルに適用して第２生体情報を推定する（段階１３２２）。ここで、第２生体情報は収縮期血圧であり、収縮期血圧は、抽出された反射波特性情報を第２推定モデルに適用して算出された値に、段階１３１２で推定された第１生体情報の値を加えて第２生体情報の値として算出する。

次いで、他の追加情報によって生体情報の補正が必要であるか否かを判断する（段階１３３０）。この際、生体情報の補正が必要であるか否かは、生体情報推定の要求正確度、装置のバッテリ状態、生体情報の種類などの多様な情報を考慮して予め設定される。例えば、生体情報の推定に相対的に長時間がかかるとしても、より正確に生体情報を推定する必要がある場合、例えば高血圧や低血圧などの疾患を保有している患者の場合、末梢血管抵抗情報などの追加情報を考慮した補正が必要である。

次いで、判断の結果、補正が必要な場合、測定された２つ以上の脈波信号の波形を分析して末梢血管抵抗情報を推定する（段階１３４０）。次いで、推定された末梢血管抵抗情報に基づいて第１生体情報及び第２生体情報を補正する（段階１３５０）。

但し、図１３は、第１生体情報及び第２生体情報の推定が完了した後に補正が必要であるか否かの判断段階（段階１３３０）以降の処理が行われることを例示しているが、これに限定されるものではなく、補正が必要であるか否かの判断段階（段階１３３０）及び末梢血管抵抗情報の抽出段階（段階１３４０）は、第１生体情報を推定する段階（段階１３１２）及び第２生体情報を推定する段階（段階１３２２）の前に行われ得る。この場合、第１生体情報推定段階（段階１３１２）及び第２生体情報推定段階（段階１３２２）では、抽出された末梢血管抵抗情報を脈波伝播時間や反射波特性情報と共に考慮して、第１生体情報及び第２生体情報を推定する。

図１４は、一実施形態による生体情報推定方法の他の例を示すフローチャートである。

図１４は、図６の処理部６００の実施形態が適用された生体情報推定装置２００によって行われる生体情報推定方法の一実施形態である。図１４は、生体情報の推定のための推定モデルが生成又は更新される過程を別途に示しているが、図１２及び図１３を通じて説明した過程と並行して、又はその前に行われることも可能である。

先ず、生体情報推定装置２００は、ユーザから推定モデル生成や更新要請信号を受信するか、又は予め設定された条件を確認して推定モデルの生成や更新の有無を判断する（段階１４１０）。

次いで、ユーザから個人特性を反映するための個人情報が入力される（段階１４２０）。個人情報は、ユーザの健康状態や年齢などを考慮してより正確な生体情報の推定が可能になるように推定モデルに反映される。

次いで、所定時間の間にセンサーを制御して、心電図、脈波信号などの生体信号を学習データとして収集する（段階１４３０）。この際、学習データとしてカフ型血圧測定装置から測定されたカフ血圧情報などが更に収集される。これに限定されず、より多様な因子を反映した推定モデルが生成されるように、末梢血管抵抗情報、血液粘度、血液拍出量などの多様な追加情報が学習データとして収集される。

次いで、個人情報及び学習データを用いて推定モデルを生成又は更新する（段階１４４０）。

図１５は、他の実施形態による生体情報推定方法の一例を示すフローチャートである。

図１５は、図９の生体情報推定装置９００によって行われる生体情報補正方法の一実施形態である。

先ず、生体情報推定装置９００は、ユーザから外部生体情報測定装置を用いた補正要請を受信する（段階１５１０）。

次いで、有線無線通信方式を用いて外部生体情報測定装置に接続し（段階１５２０）、外部生体情報測定装置が測定を完了すると、測定された基準生体情報を受信する（段階１５３０）。ここで、外部生体情報測定装置はカフ型血圧測定装置であり、基準生体情報は血圧及びカフ圧力情報を含む。

また、外部生体情報測定装置との通信接続が完了すると、センサーを制御して心電図及び脈波信号を測定する（段階１５４０）。センサーは、２つ以上の被検地点、例えば手首と指から２つ以上の脈波信号を測定する。

次いで、測定された心電図及び２つ以上の脈波信号に基づいて生体情報を推定する（段階１５５０）。この際、上述したように、心電図及び２つ以上の脈波信号に基づいて脈波伝播時間を算出し、第１生体情報、例えば拡張期血圧を推定し、２つ以上の脈波信号の反射波特性を用いて第２生体情報、例えば収縮期血圧を推定する。

次いで、外部生体情報測定装置から受信された基準生体情報に基づいて、推定された第１生体情報及び第２生体情報を補正する（段階１５６０）。但し、基準生体情報を用いた生体情報の補正段階（段階１５６０）が、生体情報推定段階（段階１５５０）の後になされるものと説明したが、これは、一例に過ぎず、生体情報推定段階（段階１５５０）の前に基準生体情報を用いて推定モデル自体を補正することもでき、生体情報推定段階（段階１５５０）で脈波伝播時間や反射波特性情報を補正した後、生体情報を推定することも可能である。

一方、本実施形態は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体にコンピュータ読み取り可能なコードとして具現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取られるデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取られるデータが保存されるあらゆる種類のデータ記録装置を含む。

コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ記録装置などがあり、搬送波（例えば、無線通信ネットワークを介した伝送）の形態で具現されるものを含む。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで接続されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータ読み取り可能なコードとして保存されて実行される。そして、本実施形態を具現するための機能的な（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）プログラム、コード、及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマーによって容易に推論される。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

本発明は、生体情報推定装置及び方法関連の技術分野に適用可能である。

１、２００、９００ 生体情報推定装置
１００ 本体
１１０ 本体の下部
１２０ 本体の上部
１４０ 表示モジュール
１５０ ストラップ
２１０、９１０ センサー部
２２０、４００、６００、７００、９２０、１０００ 処理部
２３０ 表示部
３１０ 心電図センサー
３１１ 第１電極
３１２ 第２電極
３２０ 脈波センサー
３２１ 第１脈波センサー
３２２ 第２脈波センサー
４１１、１０１１ 伝播時間算出部
４１２、１０１２ 第１推定部
４２１、１０２１ 脈波分析部
４２２、１０２２ 第２推定部
６１０ 推定モデル生成部
７１０、１０４０ 補正部
９３０ 通信部
９５０ 外部生体情報測定装置
１０３０ 推定モデル
１１１０ 腕時計型カフレス血圧推定装置
１１２０ カフ型血圧測定装置

Claims (15)

1. 腕時計型装置であって、
   本体と、
   前記本体に接続され、ユーザの手首を取り囲むように構成されるストラップと、
   前記本体に設けられ、前記ユーザからのタッチ入力を受信するように構成される表示部と、
   心電図（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ：ＥＣＧ）センサーと、を有し、
   前記心電図センサーは、第１電極と第２電極を使用して前記ユーザの心電図信号を測定するように構成され、前記ユーザが前記腕時計型装置を一方の手首に装着した時に、前記ユーザの一方の手首と接触するように前記本体の下部の第１部分に配置される前記第１電極と、
   前記本体の下部とは異なる前記本体の上部の第２部分に配置され、前記ユーザの他方の手首側にある指と接触する前記第２電極と、
   前記本体の下部の前記第１部分に配置され、前記一方の手首で手首の脈波信号（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ ｓｉｇｎａｌ：ＰＰＧ ｓｉｇｎａｌ）を測定するように構成される第１脈波センサーと、
   前記本体の下部とは異なる前記本体の上部の前記第２部分に配置され、前記ユーザの他方の手首側にある指からの指の脈波信号を測定するように構成される第２脈波センサーと、
   前記タッチ入力に基づいて、前記心電図信号、指の脈波信号、及び手首の脈波信号を用いて生体情報を取得するように構成される処理部と、を含むことを特徴とする腕時計型装置。
2. 前記処理部は、前記表示部によって提供されるインターフェースを介して入力されるコマンドに基づいて、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号各々を測定するために、前記心電図センサー、前記第１脈波センサー、及び前記第２脈波センサーを制御するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
3. 前記処理部は、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号を使用して複数の脈波伝播時間を決定し、前記複数の脈波伝播時間に基づいて前記生体情報を取得するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
4. 前記心電図センサー、前記第１脈波センサー、及び前記第２脈波センサーは、それぞれ、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号を同時に測定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
5. 前記表示部は、前記生体情報を表示するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
6. 前記表示部は、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号の内の少なくとも１つを表示するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
7. 前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記心電図センサーの正極及び負極に対応することを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
8. 前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、前記心電図センサーの負極及び正極に対応することを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
9. 前記生体情報は、前記ユーザの血圧レベルを含むことを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
10. 前記生体情報は、前記ユーザのストレスレベルを含むことを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
11. 前記処理部は、基準生体情報に基づいて前記生体情報を補正するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の腕時計型装置。
12. 手首型ウェアラブル装置であって、
    本体と、
    前記本体に接続され、ユーザの手首を取り囲むように構成されるストラップと、
    前記本体に設けられる表示部と、
    前記本体の下部の第１部分に配置される第１電極と、前記第１部分とは異なる前記本体の上部の第２部分に配置される第２電極と、を含む心電図（ＥＣＧ）センサーと、を有し、
    前記心電図センサーは、前記第１電極と前記手首型ウェアラブル装置が装着された前記ユーザの一方の手首との間の接触、及び前記第２電極と前記ユーザの他方の手首側にある指との間の接触に基づいて、前記ユーザの心電図信号を測定するように構成され、前記本体の下部の前記第１部分に配置され、前記ユーザの一方の手首との間の接触に基づいて手首の脈波信号（ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ ｓｉｇｎａｌ：ＰＰＧ ｓｉｇｎａｌ）を測定するように構成される第１脈波センサーと、
    前記第１部分とは異なる前記本体の上部の第２部分に配置され、前記ユーザの他方の手首側にある指の脈波信号を測定するように構成される第２脈波センサーと、
    前記心電図信号、前記指の脈波信号、及び前記手首の脈波信号を用いて生体情報を取得するように構成される処理部と、を含むことを特徴とする手首型ウェアラブル装置。
13. 前記表示部は、コマンドのタッチ入力を受信するインターフェースを提供するようにさらに構成され、
    前記処理部は、前記タッチ入力に基づいて、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号各々を測定するために、前記心電図センサー、前記第１脈波センサー、及び前記第２脈波センサーを制御するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１２に記載の手首型ウェアラブル装置。
14. 前記処理部は、前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号を使用して複数の脈波伝播時間を決定し、前記複数の脈波伝播時間に基づいて前記生体情報を取得するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１２に記載の手首型ウェアラブル装置。
15. 前記処理部は、同時に測定される前記心電図信号、前記手首の脈波信号、及び前記指の脈波信号を用いて、前記複数の脈波伝播時間を決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１４に記載の手首型ウェアラブル装置。

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