KR20230059834A - 생체 상태 진단 시스템 - Google Patents

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KR20230059834A
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슈사쿠 곤
료 나카바야시
고스케 안도
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코니카 미놀타 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 생체 상태 진단 시스템은, 적어도 생체 데이터의 취득부, 수신부, 가공부, 처리부 및 진단부를 구비한 생체 상태 진단 시스템이며, 상기 취득부에서는, 반사형 광전 용적 맥파 센서에 의해 생체 데이터를 취득하고, 상기 가공부에서는, 취득된 생체 데이터를 최적으로 가공하고, 상기 처리부에서는, 가공된 데이터로부터 특징점을 추출하며 또한 상기 진단부에서는, 추출된 생체 데이터에 기초하여 기계 학습을 사용하여 생체 상태를 진단한다.

Description

생체 상태 진단 시스템
본 발명은 생체 상태 진단 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 적어도 반사형 광전 용적 맥파 센서 등의 센서를 사용하여 취득한 생체 데이터에 기초하여 진단하는 생체 상태 진단 시스템에 관한 것이다.
고령화의 진전에 의한 의료비의 증가는, 금후 보다 심각한 문제가 되는 것이 예측되어, 의료의 디지털 트랜스포메이션(DX화)의 움직임이 활발화되고 있다. 이 배경으로서 센서 기술의 진화가 있고, 비침습으로 간편하게 바이탈 데이터를 취득하는 것이 가능해지고 있다. 즉, 생체 반응의 전기 신호를 취득하는 심전, 근전, 폐전, 뇌파, 혈액의 광흡수를 이용한 혈중 산소 농도 및 맥파 등의 많은 바이탈 데이터가 취득 가능해지고 있다(예를 들어 특허문헌 1 내지 4 참조).
나아가, 이들 기기의 정밀도나 편리성이 향상되어 전문가가 아니어도 의료 레벨의 데이터를 취득할 수 있게 되고 있다.
현 상황에서, 병원에서 간호사 등의 전문가가 취득한 데이터를 의사가 검토하고, 진단을 행하고 있지만, 센싱 기술과 AI 기술을 병용함으로써 자동 진단을 실현할 수 있는 토양이 갖추어지고 있다. 보다 간편하게 고정밀도의 바이탈 데이터를 취득할 수 있으면, 시간적, 공간적(신체의 곳곳)으로 많은 데이터를 수집하는 것이 가능해져, 지금까지 무시되고 있던 사소한 사인도 고려함으로써 질병 예측, 진단의 정밀도 향상을 기대할 수 있다.
그 중에서도, 맥파는 순환기계의 많은 정보를 포함하고 있어, 맥의 파형이나 경시의 거동을 해독함으로써 질병의 진단이 가능해진다.
그러나, 맥파의 취득은 통상 손끝에 장착하여 행하기 때문에 번거로움이 있어 생활 속에서 계속하여 장착하는 것은 곤란하다. 또한, 통상 투과식이 사용되고 있어 광이 투과하는 말단부에서밖에 측정할 수 없지만, 혈관은 전신으로 달리고 있어, 계측하는 개소에 따라 그 거동은 다르다.
예를 들어 다리에 혈전이 있었을 경우, 손에서 측정한 맥파에는 그 거동은 드러나기 어렵다. 그 때문에, 손끝의 계측만으로는, 가시화할 수 없는 거동이 존재한다.
또한, 심전도에서 얻어지는 파형과 맥파를 동시에 취득함으로써 심방세동 유래의 뇌경색이나 심근경색의 예조를 포착하는 것이 가능하지만, 손끝형을 사용하는 경우, 심전과 맥파에서 각각 디바이스를 장착해야 하여 번거로움이 증대된다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
또한, 심전 외에, 폐전, 근전, 뇌파도, 첩부형의 센서가 사용되고 있기 때문에, 투과식으로 맥파를 취득하는 경우, 디바이스의 일체화가 곤란해진다는 문제도 있다.
한편, 광전 용적 맥파 기록법은, 펄스 옥시미터에서 널리 이용되고 있는 바이탈 센싱의 기술이다. 이것은, 생체 투과성이 높은 적과 적외의 광을 사용하고, 산화 헤모글로빈과 비산화 헤모글로빈의 파장에 의한 흡광도의 차이를 이용하여 혈중 산소 농도를 산출하는 것이다.
일반적으로 투과식이 사용되고 있지만, 생체 중에서 투과할 수 있는 부위는 손끝이나 귀와 같은 말단부로 한정적이고, 장착성의 관점에서도 바람직하지 않다. 장착성에 이점이 있는 반사형 광전 용적 맥파 기록법은 녹색광에 대해서는, 스마트 워치 등으로 제품화되어 있지만, 적색광 또는 적외광을 사용한 것은 제품화의 예가 적다.
이유로서, 맥파 검출의 감도가 낮은 점을 들 수 있다. 투과식에 비해 반사형의 경우, 산란을 반복하여 체표면으로 돌아오기 때문에, 광량이 매우 작아지기 때문에, 노이즈가 생기기 쉬워 클리어한 신호를 취득하기 어렵다.
또한, 말단부에 비해, 혈관이 심부에 존재하기 때문에, 광을 깊이 입사할 필요가 있는데, 이 경우, 센서와 광원의 거리를 이격할 필요가 있어, 보다 광량은 감쇠하는 모양이 된다. 혈중 산소 농도를 측정하기 위하여 적색광과 적외광이 필요해지지만, 맥파만이라면 녹색광만으로도 계측하는 것은 가능하다.
그러나, 녹색광은 생체 흡수가 커서 표면까지밖에 입사되지 않는다. 그 때문에, 모세 혈관의 변동만을 포착하는 모양이 되기 때문에, 맥파의 형태를 정밀하게 묘화하기에는 부적합하다.
한편, 녹색광을 사용하는 이점으로서는, 박동의 SN비 자체는 흡광도가 크기 때문에, 감도가 높아 외광의 영향을 받기 어렵다. 또한, 모세 혈관은 비교적 균일하게 분포되어 있기 때문에 위치에 대한 로버스트성도 높다.
맥파의 형태가 중요해지는 경우에는, 녹색광보다 적색광 및 적외광이 적합할 경우가 있다. 근년, 심방세동의 거동을 포착함으로써 뇌경색, 심근경색 등의 예방이 가능해진다는 보고가 있고, 심전도와 맥파를 상시 모니터링한다는 검토가 행해지고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
상시 모니터링에 의해 예방을 할 수 있으면, 의료비의 삭감으로도 연결된다. 반사형으로 함으로써 측정 개소를 확장할 수 있으며, 또한 장착 시의 위화감이 적은 것을 실현할 수 있고, 상시 모니터링이나 측정 개소 자유도 향상으로 연결된다.
따라서, 센서에 의한 피검체의 계측 부위의 자유도, 센서의 장착감 및 측정 정밀도를 향상시켜서 상시 모니터링에 적용할 수 있는 반사형 광전 용적 맥파 센서 등의 센서를 사용하는 생체 상태 진단 시스템이 요망되고 있다.
일본 특허 제5218139호 공보 일본 특허 공개 제2018-130541호 공보 일본 특허 공개 제2018-202130호 공보 일본 특허 공개 제2019-97828호 공보
본 발명은 상기 문제·상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 해결 과제는, 센서에 의한 피검체의 계측 부위의 자유도, 센서의 장착감 및 측정 정밀도를 향상시켜 상시 모니터링에 적용할 수 있는 반사형 광전 용적 맥파 센서를 사용하는 생체 상태 진단 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위하여 상기 과제의 원인 등에 대하여 검토한 결과, 반사형의 광전 용적 맥파 센서를 사용하고 또한 기계 학습을 사용하여 생체 상태를 진단함으로써 센서에 의한 피검체의 계측 부위의 자유도, 센서의 장착감 및 측정 정밀도를 향상시켜 상시 모니터링에 적용할 수 있다는 것을 알아내고 본 발명에 이르렀다.
즉, 본 발명에 따른 상기 과제는, 이하의 수단에 의해 해결된다.
1. 적어도 생체 데이터의, 취득부, 수신부, 가공부, 처리부 및 진단부를 구비한 생체 상태 진단 시스템이며,
상기 취득부에서는, 반사형 광전 용적 맥파 센서에 의해 생체 데이터를 취득하고,
상기 가공부에서는, 취득된 생체 데이터를 최적으로 가공하고,
상기 처리부에서는, 가공된 데이터로부터 특징점을 추출하며 또한
상기 진단부에서는, 추출된 생체 데이터에 기초하여 기계 학습을 사용하여 생체 상태를 진단하는 생체 상태 진단 시스템.
2. 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 발광 소자가 면상이며, 생체 조직에 조사하는 광의 면 광원으로서 사용되는 제1항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
3. 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 발광 소자가, 유기 EL 소자인 제1항 또는 제2항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
4. 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 수광 소자가, 유기 포토다이오드인 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
5. 상기 취득부에서는, 상기 생체 데이터를 상시 계측·취득하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
6. 상기 취득부에서는, 동시에 2종 이상의 생체 데이터를 계측·취득하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
7. 상기 취득부에서는, 동시에 2군데 이상의 생체 부위의 생체 데이터를 계측·취득하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
8. 추가로 합성부를 구비하여, 취득한 상기 생체 데이터를 합성하고, 하나의 데이터로 통합하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
9. 상기 진단부에서는, 속성에 따른 생체 데이터를 설명 변수, 속성에 따른 대응되는 생체 상태를 목적 변수로서 기계 학습시킨 학습 모델을 사용하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
10. 상기 진단부에서는, 얻어진 상기 생체 데이터를 기초로 딥 러닝을 사용한 학습 모델을 사용하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
11. 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서가, 면상의 발광 소자 및 수광 소자를 구비한 반사형 광전 용적 맥파 센서이며,
상기 발광 소자와 상기 수광 소자가, 상하 방향에 있어서, 서로 대향되어 있지 않고,
상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리를 h(mm)라 하고,
인체의 피부(표피+진피)의 두께를 t(mm)라 하며, 또한 당해 두께가 0.1 내지 4mm의 범위 내라고 했을 때,
적어도 1조의 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리(h)(mm)가 하기 식 (1)을 충족하는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
식 (1): (t×0.7)2≤h≤(t×1.3)2
12. 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 상기 최단 거리가, 2 내지 25mm의 범위 내인 제11항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
13. 상기 발광 소자를 복수 구비하고, 각 발광 소자가 상기 수광 소자의 중심점을 중심으로 하여 대략 동심원 상에 배치되어 있는 제11항 또는 제12항에 기재된 생체 상태 진단 시스템.
본 발명의 상기 수단에 의해, 센서에 의한 피검체의 계측 부위의 자유도, 센서의 장착감 및 측정 정밀도를 향상시켜 상시 모니터링에 적용할 수 있는 반사형 광전 용적 맥파 센서를 사용하는 생체 상태 진단 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 생체 상태 진단 시스템에 있어서는, 적어도 반사형 광전 용적 맥파 센서를 사용하기 때문에, 피검체에 있어서 광이 투과하지 않는 부위에서도 측정 가능하다는 점에서 전신의 맥파 분포의 취득이 가능하다. 즉, 측정 개소를 확장할 수 있으며, 또한 상시 모니터링이나 측정 개소의 자유도 업으로 연결시킬 수 있다.
또한, 다른 바이탈 센서와의 일체화가 용이하여, 상시 계측 시의 번거로움을 해소할 수 있다. 또한, 여기서, 「상시 계측」이란, 일상 생활에 있어서, 어느 정도의 기간, 계속하여 계측하는 것을 말한다. 예를 들어 만성 질환에 대해서는, 스폿 계측으로 문제없지만, 돌발적으로 발증하는 질환 등에 대해서는, 정기적으로 일정 기간 계측, 즉 상시 계측을 계속함으로써 예조를 포착할 수 있게 되어 경고(알러트)를 낼 수 있다.
또한, 본 발명의 생체 상태 진단 시스템에 있어서의 진단부에서는, 추출된 생체 데이터에 기초하여 기계 학습을 사용하여 생체 상태를 진단하므로, 당해 진단부에서는, 속성에 따른 생체 데이터를 설명 변수, 속성에 따른 대응되는 생체 상태를 목적 변수로서 기계 학습시킨 학습 모델을 사용할 수 있어, 많은 정보에 기초하여 정확한 진단을 가능하게 할 수 있다고 생각된다.
도 1은 생체 상태 진단 시스템 전체 구성의 일례의 모식도
도 2는 반사형 광전 용적 맥파 센서에 있어서의 발광 소자 및 수광 소자간의 최단 거리와, 피부의 두께와의 관계를 설명하기 위한 모식도
도 3a는 제1 실시 형태에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도
도 3b는 제1 실시 형태에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도
도 3c는 제1 실시 형태에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도
도 3d는 제1 실시 형태에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도
도 4a는 제2 실시 형태에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도
도 4b는 제2 실시 형태에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도
도 4c는 제2 실시 형태에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도
도 4d는 제2 실시 형태에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도
본 발명의 생체 상태 진단 시스템은, 적어도 생체 데이터의 취득부, 수신부, 가공부, 처리부 및 진단부를 구비한 생체 상태 진단 시스템이며, 상기 취득부에서는, 반사형 광전 용적 맥파 센서에 의해 생체 데이터를 취득하고, 상기 가공부에서는, 취득된 생체 데이터를 최적으로 가공하고, 상기 처리부에서는, 가공된 데이터로부터 특징점을 추출하며 또한 상기 진단부에서는, 추출된 생체 데이터에 기초하여 기계 학습을 사용하여 생체 상태를 진단한다.
이 특징은, 하기 각 실시 형태에 공통되는 기술적 특징이다.
본 발명의 실시 형태로서는, 본 발명의 효과 발현의 관점에서, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 발광 소자가 면상이며, 생체 조직에 조사하는 광의 면 광원으로서 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 플렉시블하고 장착감이 좋은 센서를 얻기 쉽다고 하는 점에서, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 발광 소자가, 유기 EL 소자인 것이 바람직하다. 또한, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 수광 소자가, 유기 포토다이오드인 것이 바람직하다.
실시 형태로서는, 본 발명의 효과 발현의 관점에서, 취득부에서는, 상기 생체 데이터를 상시 계측·취득하는 형태인 것이 바람직하다. 또한, 상기 취득부에서는, 동시에 2종 이상의 생체 데이터를 계측·취득하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 취득부에서는, 동시에 2군데 이상의 생체 부위의 생체 데이터를 계측·취득하는 것이 바람직하다.
추가로 합성부를 구비하여, 취득한 상기 생체 데이터를 합성하고, 하나의 데이터로 통합하는 것이, 종합적 진단을 가능하게 하는 점에서 바람직하다.
많은 정보에 기초하여 정확한 진단을 가능하게 하기 때문에, 상기 진단부에서는, 속성에 따른 생체 데이터를 설명 변수, 속성에 따른 대응되는 생체 상태를 목적 변수로서 기계 학습시킨 학습 모델을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 진단부에서는, 얻어진 상기 생체 데이터를 기초로 딥 러닝을 사용한 학습 모델을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 형태로서는, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서가, 면상의 발광 소자 및 수광 소자를 구비한 반사형 광전 용적 맥파 센서이며, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자가, 상하 방향에 있어서, 서로 대향되어 있지 않고, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리를 h(mm)라 하고, 인체의 피부(표피+진피)의 두께를 t(mm)라 하며, 또한 당해 두께가 0.1 내지 4mm의 범위 내라고 했을 때, 적어도 1조의 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리(h)(mm)가 상기 식 (1)을 충족하는 것이, 측정 정밀도 향상의 점에서 바람직하다.
또한, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 상기 최단 거리가, 2 내지 25mm의 범위 내인 것이, 측정 정밀도의 관점에서 바람직하다.
또한, 상기 발광 소자를 복수 구비하고, 각 발광 소자가 상기 수광 소자의 중심점을 중심으로 하여 대략 동심원 상에 배치되어 있는 것이, 위치 어긋남에 대한 로버스트성을 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다.
1 본 발명의 생체 상태 진단 시스템의 전체 구성
생체 상태 진단 시스템은, 적어도 생체 데이터의 취득부, 수신부, 가공부, 처리부 및 진단부를 구비한 생체 상태 진단 시스템이며, 상기 취득부에서는, 반사형 광전 용적 맥파 센서에 의해 생체 데이터를 취득하고, 상기 가공부에서는, 취득된 생체 데이터를 최적으로 가공하고, 상기 처리부에서는, 가공된 데이터로부터 특징점을 추출하고, 상기 진단부에서는, 추출된 생체 데이터에 기초하여 기계 학습을 사용하여 생체 상태를 진단한다.
1.1 생체 상태 진단 시스템 전체 구성예
생체 상태 진단 시스템은, 상기와 같은 특징을 갖고 있지만, 그 전체의 구성에 대해서는 여러 가지 형태를 채용할 수 있다. 이하에 있어서, 일례에 대하여 설명하지만, 이 예에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 생체 상태 진단 시스템 전체 구성의 일례의 모식도를 나타낸다. 생체 상태 진단 시스템(1)은 적어도 반사형 광전 용적 맥파 센서(이하, 「PPG 센서」 라고도 함)를 구비한 생체 데이터 취득부(10)로부터의 수신 신호를 사용하고, 피검체의 내부 상태를 광전 용적 맥파 등의 화상으로서 가시화할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 「화상」에는, 맥파의 파형, 그래프 및 표 등을 포함한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 생체 상태 진단 시스템(1)은 생체 데이터 취득부(10), 구동부(11), 수신부(12), 가공부(13), 처리부(14S)(당해 처리부에는 제1 신호 처리부(14a), 제2 신호 처리부(14b) 및 프레임 데이터 기억부(14c)가 포함된다.), 합성부(15), 표시 처리부(16), 표시부(17), 계측 부위 설정부(18), 수신 데이터 기억부(19), 진단부(20), 조작 입력부(30) 및 제어부(40)을 구비한다.
구동부(11), 수신부(12), 계측 부위 설정부(18), 처리부(14S), 합성부(15) 및 표시 처리부(16)는 예를 들어 DSP(Digital Signal Processor), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), PLD(Programmable Logic Device) 등의, 각 처리에 따른 적어도 하나의 전용 하드웨어(전자 회로)로 구성된다.
제어부(40)는 연산/제어 장치로서의 CPU(Central Processing Unit)(40a), 주기억 장치로서의 RAM(Random Access Memory)(40b) 및 ROM (Read Only Memory)(40c) 등을 갖는다. ROM(40c)에는, 기본 프로그램이나 기본적인 설정 데이터가 기억된다. CPU(40a)는, ROM(40c)으로부터 처리 내용에 따른 프로그램을 읽어내서 RAM(40b)에 전개하고, 전개한 프로그램을 실행함으로써 생체 상태 진단 시스템(1)의 각 기능 블록(구동부(11), 수신부(12), 계측 부위 설정부(18), 프레임 데이터 기억부(14c), 수신 데이터 기억부(19), 표시 처리부(16), 표시부(17), 제1 신호 처리부(14a) 및 제2 신호 처리부(14b))의 동작을 집중 제어 한다.
본 실시 형태에서는, 기능 블록을 구성하는 각 하드웨어와 제어부(40)가 협동함으로써 각 기능 블록의 기능이 실현된다. 또한, 제어부(40)가 프로그램을 실행함으로써 각 기능 블록의 일부 또는 전부의 기능이 실현되도록 해도 된다.
생체 데이터 취득부(10)에는, 적어도 반사형 광전 용적 맥파 센서(2)가 구비되어 있다. 기타, 목적에 따라, 심전 센서(예를 들어 피험자의 피부에 전극을 밀착시켜서 장착하는 전극 패치를 구비한 센서), 혈압 센서, 초음파 센서 등도 구비할 수 있다.
상기 생체 데이터 취득부(10)에서는, 상기 생체 데이터를 상시 계측·취득할 수 있다. 또한, 동시에 2종 이상의 생체 데이터를 계측·취득할 수 있다. 또한, 동시에 2군데 이상의 생체 부위의 생체 데이터를 계측·취득할 수 있다.
또한, 생체 데이터 취득부(10)로부터 수신부(12)로의 생체 데이터 등의 송신 및 구동부(11)로부터 생체 데이터 취득부(10)로의 구동 신호의 송신 등은, Bluetooth(등록 상표)나 WiFi(등록 상표) 등의 무선 통신에 의해 행하기 위한 인터페이스를 구비하는 것도 바람직하다.
구동부(11)는 제어부(40)의 지시에 따라 구동 신호를 생성하여 PPG 센서 등의 센서로 출력한다. 도시를 생략하지만, 구동부(11)는 예를 들어 클럭 발생 회로, 펄스 발생 회로, 펄스폭 설정부 및 지연 회로를 갖는다.
수신부(12)는 제어부(40)의 지시에 따라 PPG 센서 등으로부터의 수신 신호를 수신하여 가공부(13), 처리부(14S)(제1 신호 처리부(14a) 및 제2 신호 처리부(14b)) 및 수신 데이터 기억부(19)로 출력한다. 도시를 생략하지만, 수신부(12)는 예를 들어 증폭기, A/D 변환 회로, 정상 가산 회로를 갖는다.
가공부(13)는 취득된 생체 데이터를 목적에 따라서 최적으로 가공한다. 예를 들어 맥파 파형 리얼타임 표시, 가속도 맥파 파형 표시, 파워 스펙트럼 밀도 그래프 표시 및 어트랙터 화면 표시 등을 하기 위하여 데이터를 가공한다.
또한, 가공부(13) 또는 하기 처리부(14S)에 있어서, 수신부(12)로부터 출력된 생체 데이터에 있어서의 노이즈를 제거하고 정밀도를 높이기 위해서, 대역 통과 필터, 저역 통과 필터 등을 사용하고, 추가로 이동 평균법 또는 주파수 영역법 등을 이용하여 가공/처리하는 것이 바람직하다.
처리부(14S)에 있어서는, 상기 공정에 있어서 가공된 데이터를 기초로, 하기 제1 신호 처리부(14a)와 제2 신호 처리부(14b)에 있어서 특징점을 추출하고, 가공된 비화상 맥파 데이터 및 화상 데이터 등을 생성한다.
제1 신호 처리부(14a)에서는, 제어부(40)의 지시에 따라 수신부(12) 또는 수신 데이터 기억부(19)로부터의 소정의, 예를 들어 맥파에 관한 수신 데이터에, 소정의 처리를 실시하여 목적으로 하는 가공된 비화상 맥파 데이터 및 화상 데이터 등을 생성한다.
예를 들어 목적에 따라, 포락선 검파 처리, 대수 압축 처리 등을 실시하고, 다이내믹 레인지나 게인의 조정을 행하여 휘도 변환함으로써 화상 데이터 등을 생성한다.
또한, 제1 신호 처리부(14a)는 PPG 센서 등의 센서의 종류에 따른 좌표 변환 및 화소 보간을 행하는 DSC(Digital Scan Converter)를 포함한다.
제2 신호 처리부(14b)에서는, 제어부(40)의 지시에 따라 수신부(12) 또는 수신 데이터 기억부(19)로부터의 소정의, 예를 들어 혈액의 성상에 관한 수신 데이터에, 상기 제1 신호 처리부(14a)와 마찬가지의 처리, 또는 다른 양태의 처리 등 화상 데이터를 생성한다. 당해 화상 데이터에는, 상기 화상 데이터와는 다른 휘도 정보 및 색정보 등을 포함할 수도 있다.
프레임 데이터 기억부(14c)는 예를 들어 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리 또는 고속 재기입이 가능한 불휘발성 메모리로 구성된다. 프레임 데이터 기억부(14c)는 상기 제1 신호 처리부(14a) 및 제2 신호 처리부(14b)에서 생성된 프레임 데이터를, 프레임 단위로 기억한다. 신호 처리부에서 얻어진 프레임 데이터는, 화상 처리가 행하여지기 전의 동태 데이터로 구성될 수 있다. 동태 데이터는, 동태의 속도를 나타내는 속도 데이터, 유량을 나타내는 파워 데이터 및 흐트러짐 상태를 나타내는 분산 데이터를 포함한다. 프레임 데이터 기억부(14c)에 기억된 프레임 데이터는, 제어부(40)의 제어에 따라서 읽어내어지고, 제1 신호 처리부(14a) 및 제2 신호 처리부(14b)에 있어서 소정의 화상 처리가 실시된다.
합성부(15)에서는, 예를 들어 상기 제1 신호 처리부(14a)와 상기 제2 신호 처리부(14b)에서 얻어진 화상 데이터 등을, 목적에 따라 합성하고, 전체적 상관성을 파악할 수 있는 데이터를 발생시킨다.
예를 들어 합성부(15)는 제1 신호 선택 시에는, 제1 신호 처리부(14a)로부터의 제1 신호 화상 데이터를 표시 신호로 변환하여 표시 처리부(16)로 출력한다. 또한, 합성부(15)는 제2 신호 선택 시에는, 제1 신호 처리부(14a)로부터의 제1 신호 화상 데이터와, 제2 신호 처리부(14b)로부터의 제2 신호 화상 데이터를 합성하고, 합성된 제2 신호 화상 데이터를 표시 신호로 변환하여 표시 처리부(16)로 출력한다.
표시 처리부(16)는 제어부(40)의 지시에 따라 상기 합성부(15)에서 생성된 화상 데이터를, 표시부(17)에 대응하는 표시 신호로 변환하여 출력하고, 표시부(17)의 화상을 표시시킨다.
또한, 표시 처리부(16)는 계측 부위 설정부(18)에 의한 관심 영역의 설정에 따라, 제1 신호 화상 또는 제2 신호 화상에 계측 부위 프레임을 중첩한다.
표시부(17)는, 예를 들어 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, CRT 디스플레이 등으로 구성된다. 표시부(17)는 제어부(40)의 지시에 따라 표시 처리부(16)로부터의 표시 신호에 기초하여 가공된 비화상 맥파 데이터 및 화상을 표시한다.
계측 부위 설정부(18)는 제어부(40)의 지시에 따라 측정 대상(예를 들어 인체)에 있어서의 계측 부위(「관심 영역(ROI: Region of Interest)」이라고도 함)를 설정한다.
계측 부위 설정부(18)는 예를 들어 조작 입력부(30)의 조작에 의해 설정된 영역을, 관심 영역으로서 설정한다. 관심 영역은, 진단 대상(예를 들어 혈류부)을 포함하도록 설정되고, 제1 신호 처리부(14a)를 거쳐 얻은 표시 화상 상에 계측 부위 프레임으로서 표시된다. 이 계측 부위 프레임 내에, 제2 신호 처리부(14b)를 거쳐 얻은 화상이 중첩하여 표시된다.
수신 데이터 기억부(19)는 프레임 데이터 기억부(14c)와 마찬가지로, 예를 들어 DRAM 등의 휘발성 메모리 또는 고속 재기입이 가능한 불휘발성 메모리로 구성된다. 수신 데이터 기억부(19)는 수신부(12)로부터의 수신 신호에 기초하는 수신 데이터를 기억한다. 또한, 프레임 데이터 기억부(14c) 및 수신 데이터 기억부(19)는 동일한 기억 장치로 구성되어도 된다.
조작 입력부(30)는 예를 들어 진단에 관한 정보 등의 각종 정보의 입력을 접수한다.
조작 입력부(30)는 예를 들어 복수의 입력 스위치를 갖는 조작 패널, 키보드 및 마우스 등을 갖는다. 또한, 조작 입력부(30)는 표시부(17)와 일체적으로 마련되는 터치 패널로 구성되어도 된다. 이용자는, 조작 입력부(30)를 통하여 관심 영역, 진단 대상 부위, PPG 센서 등의 센서의 종류 및 처리부에 있어서의 화상 처리 방법 등을 설정할 수 있다.
진단부(20)는 표시부에 표시된 생체 데이터에 기초하여 진단하는 기능을 갖는다.
상기 진단부(20)에서는, 속성에 따른 생체 데이터를 설명 변수, 속성에 따른 대응되는 생체 상태를 목적 변수로서 기계 학습시킨 학습 모델을 사용할 수 있다.
또한, 진단부(20)에서는, 얻어진 상기 생체 데이터를 기초로 딥 러닝을 사용한 학습 모델을 사용할 수 있다.
여기서, 「기계 학습」이란, 대량의 데이터를 사용하여 기계에 데이터의 패턴이나 상관을 학습시켜 식별, 인식, 검출, 예측 등을 행하는 것이다.
본 발명에서 사용할 수 있는 기계 학습 모델로서는, 예를 들어 서포트 벡터 머신(「SVM」이라고 함) 모델, 뉴럴 네트워크(「NNET」라고 함) 모델, 랜덤 포레스트 모델 및 딥 러닝 모델 등을 들 수 있다. 이들의 모델 중, 딥 러닝 모델이 바람직하다.
예를 들어 특정한 질환 환자 등의 피험자로부터 취득한 맥파 데이터를 교사 데이터(학습 데이터)로서 구축한 다중 회귀 모델을 적용한 분석에 있어서, 「질환의 확률％」이나 「혈압」 등을 목적 변수로 하고, 맥파의 형상으로부터 추출되는 특징량(예를 들어 진폭의 최솟값 또는 최댓값 및 상승점으로부터 다음 상승점까지의 시간 간격, FFT(Fast Fourier Transformation)에 의한 주파수 성분 추출, MT법(Maharanobis-Taguchi System), 동적시간 신축법 등)에 관한 데이터를 설명 변수로서, 다중 회귀 분석함으로써 맥파 및 동시에 취득한 다른 바이탈 데이터의 특징량으로부터 목적 변수인 질환의 확률％나 혈압 등을 산출한다.
또한, 수치를 내고 싶은 것인지, 분류만으로 충분한지에 따라 사용하는 분석 방법은 달라지며, 다중 회귀 분석, 주성분 분석, 또는 그 양쪽을 겸한 PLS 회귀 등, 적절히 적합한 회귀나 분류를 선택하는 것이 바람직하다.
2 반사형 광전 용적 맥파 센서
2.1 반사형 광전 용적 맥파 센서의 기능
본 발명에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서는, 광원으로서의 발광 다이오드 등의 발광 소자에 의해, 생체 조직의 피측정부에 광을 조사하고, 광 검출 센서로서의 포토다이오드 등의 수광 소자에 의해, 생체 조직의 피측정부에서 반사한 광을 검출하고, 이 검출한 신호에 기초하여 생체 조직의 용적 맥파 등의 변화를 측정하는 것이다.
예를 들어 발광 소자로부터 출사된 광은, 표피를 투과하여 그 안쪽의 혈관에 도달한다. 혈관에 도달한 광은 당해 혈관을 흐르는 혈액에 의해 흡수, 반사되거나, 또는 혈액을 투과한다.
이 중, 혈관 조직 및 혈관에 흐르는 혈액 등에 의해 반사된 광은, 수광 소자에 입사한다. 이 때문에, 수광 소자는, 입사광량에 따른 광 전류를 출력한다. 여기서, 혈관은, 심박과 같은 주기로 팽창·수축을 반복하고 있다. 따라서, 혈관의 팽창·수축의 주기와 같은 주기로 광의 반사량이 증감하므로, 수광 소자로부터 출력되는 광 전류의 변화는, 혈관의 용적 변화를 나타내게 된다.
또한, 본 발명에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서는, 동맥혈의 산소 포화도를 검출하는 센서로서도 적용 가능하다. 혈액 내의 헤모글로빈은, 산소와의 결합 유무에 따라 적색광과 적외광의 흡광도가 다르다. 그래서, 적색광을 발광·수광하는 소자, 적외광을 발광·수광하는 소자, 등과 같이 발광 파장 및 수광 파장을 다르게 한 소자 조를 복수 조 준비하는 한편, 이들의 반사광을 측정·해석함으로써 산소 포화도를 검출할 수 있다.
또한, 「용적 맥파」란, 박동에 의한 혈관 내의 압력 변화가 용적의 변화를 발생시켰을 때의 파형이며 혈관의 변화를 직접적으로 파악할 수 있는 것이다.
또한, 「광전 용적 맥파」란, 용적 맥파를 검출하기 위하여 혈액의 광 투과 또는 반사를 이용하여 검출한 파형이다.
<산소 포화도의 산출법>
일반적으로, 혈액 내의 산소 포화도를 계측하기 위해서는, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서(펄스 옥시미터)가 사용된다. 펄스 옥시미터는, 손가락에 적색 내지 근적외의 파장 영역에 포함되는 2개의 파장의 광을 조사하여, 그 투과율이나 반사율을 측정한다.
구체적으로는, 혈중 헤모글로빈(Hb)은 산소화 헤모글로빈(O2Hb), 환원 헤모글로빈(HHb), 메트헤모그로빈(MetHb), 일산화 탄소 헤모글로빈(COHb)의 4종류의 상태로 존재한다. MetHb 및 COHb는, 메트헤모그로빈 혈증이나 일산화 탄소 중독으로 증가하는 이상 헤모글로빈이다. 그 때문에, 산소 포화도는, 통상 O2Hb와 O2Hb+HHb의 비에 의해 결정된다.
헤모글로빈(Hb)에 적색광을 투과시킨 경우, HHb의 적색광의 흡광도는 O2Hb의 적색광의 흡광도보다 현저하게 크고, 적색광의 파장에 의해 크게 변화한다. 또한, 헤모글로빈(Hb)에 근적외광을 투과시킨 경우, HHb의 근적외광의 흡광도는 O2Hb의 근적외광의 흡광도보다 근소하게 낮다. 그 때문에, 헤모글로빈의 적색광의 흡광도와 근적외광의 흡광도의 비율 R(적색광의 흡광도/근적외광의 흡광도)은 혈액 내의 O2Hb와 O2Hb+HHb의 비인 산소 포화도에 따라 변화한다.
또한, 손가락, 손목, 팔등, 흉부, 복부 등의 계측 부위에는, 동맥혈, 정맥혈, 조직, 뼈가 존재하고, 이것들은 적색광의 흡광도와 근적외광의 흡광도에 영향을 미친다. 그리고, 그 중에서, 혈관 용적 맥파의 용적 변화가 기여하는 부분은, 동맥혈이다. 맥파 부분의 흡광도를 AC, 동맥혈 비박동 부분, 정맥혈, 조직, 뼈에서의 흡광도를 DC라 하고, 예를 들어 파장 660nm의 적색광의 흡광도 AC 성분을 AC660, DC 성분을 DC660이라 하고, 예를 들어 파장 940nm의 근적외광의 흡광도 AC 성분을 AC940, DC 성분을 DC940이라 하면, 적색광의 흡광도와 근적외광의 흡광도의 비율 R(적색광의 흡광도/근적외광의 흡광도)은 이하의 (I) 식으로 표현된다.
식 (I)
Figure pct00001
상기의 (I) 식으로 산출되는 R값과, 미리 실증적으로 얻은 R값과 경피적 동맥혈 산소 포화도(SpO2)와의 관계를 나타내는 칼리브레이션 커브에 기초하여, 혈중 산소 포화도를 구할 수 있다.
또한, 통상 손가락, 손목(예를 들어 척골측, 요골측), 팔등, 흉부, 복부 등에 적색광 및 근적외광을 조사하여 흡광도를 계측하면, 흡광도의 경시 변화는, 맥파를 반영하는 파형으로서 계측된다. 그 때문에, 흡광도의 AC 성분은, 흡광도의 경시 변화의 최댓값과 최솟값의 차이를 산출함으로써 특정할 수 있고, 흡광도의 DC 성분은, 흡광도의 경시 변화의 평균값을 산출함으로써 특정할 수 있다. 후술하는 실시예에서는, 이와 같이 하여 산출한 값을 「AC/DC」이라고 표기한다.
2.2 반사형 광전 용적 맥파 센서의 전체 구성
반사형 광전 용적 맥파 센서의 전체적 구성으로서는, 여러 가지 형태·양태를 채용할 수 있다.
예를 들어 기본적 전체 구성으로서는, 발진기의 신호에 기초하여, 생체의 용적 맥파의 주파수보다도 높은 주파수에 의해 점멸 구동되어 발광하는 발광 소자와, 당해 발광 소자로부터 발광된 광 및 외광이 측정 대상의 생체 조직에 의해 반사한 광을 수광하고, 수광 광량에 대응한 신호 레벨을 갖는 신호를 생성하는 수광 소자와, 당해 수광 소자가 생성한 신호로부터, 상기 외광에 의한 신호 성분을 추출하는 추출 수단과, 상기 추출 수단에 의해 추출된 신호 성분을, 상기 수광 소자가 생성한 신호로부터 감산함으로써 상기 수광 소자가 생성한 신호 중의 외광 등에 기인하는 노이즈 신호를 저감하는 저감 수단과, 상기 저감 수단에 의해 외광 등에 기인하는 노이즈 신호 성분이 저감된 후의 신호에 기초하여, 측정 대상인 생체의 용적 맥파를 나타내는 신호를 생성하는 수단을 구비한 구성인 것이 바람직하다.
2.2.1 반사형 광전 용적 맥파 센서의 주요부 구성예
반사형 반사형 광전 용적 맥파 센서의 주요부 구성으로서는, 종래 공지된 여러 가지 형태를 채용할 수 있지만, 본 발명에 있어서는, 하기 요건을 충족시키는 형태를 갖는 센서인 것이 바람직하다.
<발광 소자 및 수광 소자간의 거리>
상기 반사형 광전 용적 맥파 센서가, 면상의 발광 소자 및 수광 소자를 구비한 반사형 광전 용적 맥파 센서이며, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자가, 상하 방향에 있어서, 서로 대향되어 있지 않고, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리를 h(mm)라 하고, 인체의 피부(표피+진피)의 두께를 t(mm)라 하며, 또한 당해 두께가 0.1 내지 4mm의 범위 내라고 했을 때, 적어도 1조의 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리(h)(mm)가 하기 식 (1)을 충족하는 것이 바람직하다.
식 (1): (t×0.7)2≤h≤(t×1.3)2
또한, 상기 식 (1)은 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리가, 「상기 피부의 두께의 수치의 ±30％의 2승의 범위 내」의 길이인 것을 의미하고 있다. 또한, 상기 식 (1)에 있어서, h와 t는 수치만을 나타낸다.
「발광 소자와 수광 소자는, (상하 방향에 있어서,) 서로 대향하고 있지 않고」란, 발광 소자와 수광 소자가, 상하 방향에 있어서 서로 대향하여 겹치도록은 배치되어 있지 않고, 평면 방향에 있어서 병치되어 있는 것을 말한다.
도 2는, 발광 소자 및 수광 소자간의 최단 거리와, 피부의 두께와의 관계를 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명에 있어서, 「인체의 피부 두께」란, 인체의 표피의 두께와 진피의 두께의 총 두께를 말하고, 당해 피부의 두께는 0.1 내지 4mm의 범위 내로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 「발광 소자와 수광 소자 사이의 최단 거리」란, 도 2에 나타내는 바와 같이, 측 단면에서 보아, 수광 소자(70)의 발광 소자(80)측의 측연부로부터, 발광 소자(80)의 수광 소자(70)측의 측연부까지의 최단 거리(h)(mm)를 말한다.
도 2에서는, 하나의 수광 소자(70)에 대하여 복수의 발광 소자(80, 90, 90B)가 마련되어 있는 경우를 예로 들고 있고, 수광 소자(70)와 발광 소자(80) 사이의 최단 거리(h)(mm)가 상기 식 (1)을 충족하는 범위 내로 되어 있다.
또한, 수광 소자(70)와 발광 소자(90) 사이의 최단 거리나, 수광 소자(70)와 발광 소자(90B) 사이의 최단 거리에 대해서는, 상기 식 (1)을 충족하는 범위 내로는 되어 있지 않는 것으로 한다.
그 때문에, 후술하지만, 본 발명에서 규정하는 상기 최단 거리의 범위를 충족하고 있지 않은 발광 소자(90, 90B)로부터 발해진 광에 기초하여 얻어진 생체 정보(바이탈 데이터)는 노이즈를 포함하고 있고, 상기 최단 거리의 범위를 충족하는 발광 소자(80)로부터 발해진 광에 기초하여 얻어진 바이탈 데이터로부터, 상기 노이즈를 포함한 바이탈 데이터를 차감함으로써 유효한 바이탈 데이터를 산출할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 상기 최단 거리가, 2 내지 25mm의 범위 내인 것이 측정 정밀도의 점에서, 상기 발광 소자를 복수 구비하고, 각 발광 소자가 상기 수광 소자의 중심점을 중심으로 하여 대략 동심원 상에 배치되어 있는 것이, 위치 어긋남에 대한 로버스트성을 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 특히, 디바이스의 사이즈를 감안하면, 상기 최단 거리의 상한값은 17.5mm 이하, 나아가 10mm 이하인 것이 바람직하다.
<발광 소자 및 수광 소자 등의 배치예>
본 발명에 따른 발광 소자 및 수광 소자의 배치는, 상기 조건을 충족하는 한, 한정되는 것은 아니지만, 바람직한 배치예에 대하여 이하에 설명한다.
이하에 설명하는 제1 실시 형태는, 복수의 발광 소자가, 수광 소자의 중심점을 중심으로 하여 대략 동심원 상에 배치되어 있는 경우이며, 제2 실시 형태는, 복수의 수광 소자가, 발광 소자의 중심점을 중심으로 하여 대략 동심원 상에 배치되어 있는 경우이다.
여기서, 「대략 동심원 상」이란, 수광 소자의 중심점으로부터 각 발광 소자의 중심점까지의 거리(반경)의 차이가 10％ 이내, 바람직하게는 5％ 이내, 더욱 바람직하게는 3％ 이내인 것을 말하고, 동일도 포함한다.
「수광 소자의 중심점」이란, 수광 소자를 평면으로 보았을 때의 수광 소자의 형상에 있어서의 기하학적 중심을 말한다. 또한, 「발광 소자의 중심점」이란, 발광 소자를 평면으로 보았을 때의 수광 소자의 형상에 있어서의 기하학적 중심을 말한다.
또한, 「평면으로 보아」란, 반사형 광전 용적 맥파 센서를 기판(41)의 상면에 대하여 법선 방향에서 보는 것을 말한다.
(제1 실시 형태)
도 3은, 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도이며, 도 3a는 평면도, 도 3b는 각 부재를 분해한 평면도, 도 3c는 A-A′화살표 방향으로 본 단면도 및 도 3d는 B-B′화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 검출부(14)는 투광성 기판(41) 상에 광투과성의 제1 전극(양극)(50) 및 제2 전극(음극)(60)의 복수의 인출 전극부(63a, 63b, 63c 및 63d)가 형성되어 있다.
상기 투광성 기판(41)으로서는, 전광선 투과율이 70％ 이상, 보다 바람직하게는 80％ 이상, 특히 바람직하게는 90％ 이상의 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 전광선 투과율은, JIS K 7375: 2008「플라스틱-전광선 투과율 및 전광선 반사율을 구하는 방법」에 따라서 측정할 수 있다. 또한, 불투명한 기판(광 반사성 기판)으로서는, 예를 들어 알루미늄, 스테인리스 등의 금속판, 필름이나 불투명 수지 기판, 세라믹제의 기판 등을 들 수 있다.
도 3b에 있어서, 상기 제1 전극(50)은 투광성 기판(41)의 중앙에 형성된 제1 중앙 전극부(51)와, 당해 제1 중앙 전극부(51)를 중심으로 하여, 좌측과 우측에, 동심원 상에 배치된 제1 둘레 방향 전극부(52와 52)를 구비하고 있다.
제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)는 평면으로 보아 원호상을 이루고, 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)끼리가 서로 연속되지 않도록 비단속적으로 형성되어 있다.
또한, 제1 중앙 전극부(51)는 상기 인출 전극부(63b)측으로 연장 돌출하여 형성되어 있다. 또한, 두 개의 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)도, 인출 전극부(63c)측으로 연장 돌출하여 형성되어 있다.
상기 인출 전극부(63a, 63b, 63c 및 63d)는 투광성 기판(41) 상에 형성되고, 당해 투광성 기판(41)의 측연부로 인출하기 위한 배선으로 되어 있다.
상기 제1 전극(50) 중, 제1 중앙 전극부(51) 상에는, 당해 제1 중앙 전극부(51)를 피복하도록 수광 소자(70)가 형성되어 있다. 수광 소자(70)는 평면으로 보아 원 형상을 이루고 있다.
상기 수광 소자(70)로서는, 평면 상의 유기 박막 태양 전지(OPV) 또는 유기 포토다이오드(OPD)를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 유기 포토다이오드를 사용하는 것이, 플렉시블하여 장착감이 양호하고, 또한 파장 변동이나 휘도 변동을 저감할 수 있다는 점에서 바람직하다. 이것들 유기 박막 태양 전지 및 유기 포토다이오드의 상세에 대해서는 후술한다.
또한, 상기 제1 전극(50) 중 좌우 2개의 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52) 상에는, 당해 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)를 피복하도록 발광 소자(80 및 80)가 각각 형성되어 있다. 각 발광 소자(80 및 80)는 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)에 따라 평면으로 보아 원호상을 이루고, 발광 소자(80 및 80)끼리가 서로 연속되지 않도록 비단속적으로 형성되어 있다.
이와 같이 하여, 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52) 상에 형성된 2개의 발광 소자(80 및 80)는 수광 소자(70)의 중심점을 중심으로 하여 동심원 상에 배치되어 있다.
여기서, 적어도 1조의 발광 소자(80)와 수광 소자(70) 사이의 최단 거리(h)(mm)가 상기 식 (1)을 충족한다.
또한, 발광 소자(80)와 수광 소자(70) 사이의 「최단 거리(h)」란, 상기한 바와 같이, 도 1에 나타내는 측 단면에서 보아, 수광 소자(70)의 발광 소자(80) 측의 측연부로부터, 발광 소자(80)의 수광 소자(70) 측의 측연부까지의 최단 거리(h)를 말한다.
도 3에 있어서는, 수광 소자(70)가 평면으로 보아 원 형상이며, 발광 소자(80)가 평면으로 보아 원호상이므로, 수광 소자(70)의 외주면과, 발광 소자(80)의 내주면과의 사이의 최단 거리(h)가 된다. 또한, 발광 소자(80)가 평면으로 보아 원 형상인 경우에는, 수광 소자(70)의 외주면과, 발광 소자(80)의 외주면과의 사이의 최단 거리가 된다.
상기 발광 소자(80)로서는, 발광 다이오드(LED) 또는 유기 EL 소자(OLED)를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 유기 EL 소자를 사용하는 것이, 파장 변동이나 휘도 변동을 저감할 수 있는 점에서 바람직하다.
또한, 2개의 발광 소자(80 및 80)는 모두 동일 파장의 광을 발하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 수광 소자(70) 및 발광 소자(80 및 80) 상에는, 추가로 제2 전극(60)이 형성되어 있다.
상기 제2 전극(음극)(60)은, 상기 제1 전극(50)의 제1 중앙 전극부(51)에 대응하는 위치에 형성된 제2 중앙 전극부(61)와, 당해 제2 중앙 전극부(61)의 주위에서 상기 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)에 대응하는 위치에 형성된 평면으로 보아 원호상으로 비단속적으로 둘러싸는 2개의 제2 둘레 방향 전극부(62 및 62)를 구비하고 있다.
제2 중앙 전극부(61)에는, 인출 전극부(63a)가 접속되어 있고, 당해 인출 전극부(63a)는 투광성 기판(41) 상에서 제2 둘레 방향 전극부(62 및 62)의 사이를 통하여 한쪽의 제2 둘레 방향 전극부(62)의 주위를 돌아 투광성 기판(41)의 측연부측으로 연장 돌출하여 형성되어 있다.
또한, 2개의 제2 둘레 방향 전극부(62 및 62)의 각 단부에 있어서도, 상기 인출 전극부(63d 및 63d)가 접속되어 있다. 당해 인출 전극부(63d 및 63d)는 투광성 기판(41)의 측연부측으로 연장 돌출하여 형성되어 있다.
이와 같이 하여, 투광성 기판(41) 상에 형성된 제1 전극(50), 인출 전극부(63a 내지 63d), 수광 소자(70), 발광 소자(80) 및 제2 전극(60)은 당해 제2 전극(60) 상에 추가로 투광성 기판(42)이 마련되고, 2개의 투광성 기판(41 및 42) 사이가 밀봉재(43)에 의해 밀봉되어 있다.
또한, 도 3에 있어서, 부호 H는, 발광 소자(80)의 평면으로 본 「최단 가로 폭」을 말한다. 여기에서는, 상기 발광 소자(80)가 평면으로 보아 원호상이므로, 원호상의 외주면과 내주면에 각각 접선을 그어, 당해 접선 사이에 직교하는 선의 길이를 말한다. 도 3에 있어서의 발광 소자(80)의 최단 가로 폭 H는, 5mm 정도가 바람직하다. 또한, 발광 소자가 평면으로 보아 원 형상인 경우에는, 그 원의 직경을 최단 가로 폭 H로 한다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태는, 상기한 바와 같이, 발광 소자를 중심으로 하여 동심원 상에 복수의 수광 소자가 배치되어 있는 경우이며, 그 밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도 4는, 반사형 광전 용적 맥파 센서를 구성하는 발광 소자 및 수광 소자 등의 배치를 설명하기 위한 모식도이며, 도 4a는 평면도, 도 4b는 각 부재를 분해한 평면도, 도 4c는 C-C′화살표 방향으로 본 단면도, 도 4d는 D-D′화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 검출부(14)는 투광성 기판(41) 상에 광투과성의 제1 전극(양극)(50) 및 제2 전극(음극)(60)의 복수의 인출 전극부(63a, 63b, 63c 및 63d)가 형성되어 있다.
상기 제1 전극(50)은 투광성 기판(41)의 중앙에 형성된 제1 중앙 전극부(51)와, 당해 제1 중앙 전극부(51)를 중심으로 하여, 동심원 상에 배치된 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)를 구비하고 있다.
제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)는 평면으로 보아 원호상을 이루고, 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)끼리가 서로 연속되지 않도록 비단속적으로 형성되어 있다.
또한, 제1 중앙 전극부(51)는 상기 인출 전극부(63b)측으로 연장 돌출하여 형성되어 있다. 또한, 2개의 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)도, 인출 전극부(63c)측으로 연장 돌출하여 형성되어 있다.
상기 인출 전극부(63a, 3b, 63c 및 63d)는 투광성 기판(41) 상에 형성되고, 당해 투광성 기판(41)의 측연부로 인출하기 위한 배선으로 되어 있다.
상기 제1 전극(50) 중 제1 중앙 전극부(51) 상에는, 당해 제1 중앙 전극부(51)를 피복하도록 발광 소자(80)가 형성되어 있다. 발광 소자(80)는 평면으로 보아 원 형상을 이루고 있다.
또한, 상기 제1 전극(50) 중 2개의 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52) 상에는, 당해 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)를 피복하도록 수광 소자(70 및 70)가 각각 형성되어 있다. 각 수광 소자(70 및 70)는 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52)에 따라 평면으로 보아 원호상을 이루고, 수광 소자(70 및 70)끼리가 서로 연속되지 않도록 비단속적으로 형성되어 있다.
이와 같이 하여, 제1 둘레 방향 전극부(52 및 52) 상에 형성된 2개의 수광 소자(70, 70)는 발광 소자(80)를 중심으로 하여 동심원 상에 배치되어 있다.
그리고, 상기 수광 소자(70) 및 발광 소자(80 및 80) 상에는, 추가로 제2 전극(60)이 형성되어 있다.
상기 제2 전극(음극)(60)은, 상기 제1 전극(50)의 제1 중앙 전극부(51)에 대응하는 위치에 형성된 제2 중앙 전극부(61)와, 당해 제2 중앙 전극부(61)의 주위에서 상기 제1 둘레 방향 전극부(52, 52)에 대응하는 위치에 형성된 평면으로 보아 원호상으로 비단속적으로 둘러싸는 2개의 제2 둘레 방향 전극부(62, 62)를 구비하고 있다.
제2 중앙 전극부(61)에는, 인출 전극부(63a)가 접속되어 있고, 당해 인출 전극부(63a)는 투광성 기판(41) 상에서 제2 둘레 방향 전극부(62, 62)의 사이를 통하여 한쪽의 제2 둘레 방향 전극부(62)의 주위를 돌아 투광성 기판(41)의 측연부측으로 연장 돌출하여 형성되어 있다.
또한, 2개의 제2 둘레 방향 전극부(62 및 62)의 각 단부에 있어서도, 상기 인출 전극부(63d, 63d)가 접속되어 있다. 당해 인출 전극부(63d 및 3d)는 투광성 기판(41)의 측연부측으로 연장 돌출하여 형성되어 있다.
이와 같이 하여, 투광성 기판(41) 상에 형성된 제1 전극(50), 인출 전극부(63a 내지 63d), 수광 소자(70), 발광 소자(80) 및 제2 전극(60)은 당해 제2 전극(60) 상에 추가로 투광성 기판(42)이 마련되고, 2개의 투광성 기판(41 및 42) 사이가 밀봉재(43)에 의해 밀봉되어 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 상기 발광 소자를 복수 구비하고, 복수의 상기 발광 소자 중 적어도 2개가 동일 파장의 광을 방사하고, 복수의 상기 발광 소자를 개별적으로 발광할 수 있는 것이, 측정 정밀도 향상의 점에서 바람직하다.
복수의 상기 발광 소자 중, 상기 수광 소자와 가까운 위치에 배치된 발광 소자와, 상기 발광 소자보다도 먼 위치에 배치된 발광 소자로부터 각각 발해진 광에 기초하여 취득한 정보·데이터를 가공하는 것이, 노이즈를 차감한 유효 데이터를 산출할 수 있어 측정 정밀도 향상의 점에서 바람직하다.
상기 수광 소자를 복수 구비하고, 각 수광 소자가 상기 발광 소자의 중심점을 중심으로 하여 대략 동심원 상에 배치되어 있는 것이, 위치 어긋남에 대한 로버스트를 향상시킬 수 있다.
복수의 상기 수광 소자 중, 상기 발광 소자에 가까운 위치에 배치된 수광 소자와, 상기 발광 소자보다도 먼 위치에 배치된 수광 소자로부터 각각 수광한 광에 기초하여 취득한 정보·데이터를 가공하는 것이, 노이즈를 차감한 유효 데이터를 산출할 수 있어, 측정 정밀도 향상의 점에서 바람직하다.
상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 상기 최단 거리가, 복수 종류 존재하고, 센싱에 적합한 상기 최단 거리를 갖는 상기 발광 소자와 상기 수광 소자를 선택하는 것이, 측정 정밀도 향상의 점에서 바람직하다.
2.3 [반사형 광전 용적 맥파 센서의 구성 요소]
반사형 광전 용적 맥파 센서의 각종 구성 요소 중, 주요한 요소인, 발광 소자 및 수광 소자에 대하여 상세하게 설명한다.
<발광 소자>
본 발명에 있어서, 발광 소자는, 생체 조직에 조사하는 광의 광원으로서 사용한다.
발광 소자로서는, 유기 발광 다이오드(OLED)도 무기계의 발광 다이오드(LED)도 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 발광 소자로서는, 면상의 유기층으로 구성되는 발광 소자인 유기 일렉트로루미네센스 소자(organic electroluminescent diode: 「OLED」, 「유기 EL 소자」 및 「유기 포토다이오드」라고도 함)를 사용하는 것이, 플렉시블하여 장착감이 양호하고, 또한 파장 변동이나 휘도 변동을 저감할 수 있다는 점에서 바람직하다.
특히, 적색 발광하는 유기 EL 소자 상에, 유기 EL 소자의 가시광을 근적외광(IR)으로 변환하는 파장 변환 필터를 배치한 구성인 것이 바람직하다.
또한, 면상의 발광 소자로서, LED와 도광판을 사용해도 된다. 디스플레이용 백라이트에서는, LED를 도광판의 에지에 배치하고, 도광판의 사이드 에지로부터 광을 입사하는 방식이 취해지고 있다.
또한, 면이라고 간주할 수 있을 정도의 해상도로 마이크로 LED를 사용해도 된다. LED 바로 위의 휘도가 국소적으로 높아지는 것을 완화하기 위해서, 산란층을 마련하는 것이 보다 바람직하다.
(유기 EL 소자)
본 발명에 적합한 유기 EL 소자로서는, 예를 들어 플렉시블한 수지 기판 상에 양극 및 음극을 갖고, 발광층을 포함하는 유기 기능층군이 대향하는 위치에 있는 양극 및 음극에 끼움 지지되어 있는 구성을 들 수 있다. 또한, 목적에 따라, 밀봉 부재나 가스 배리어층, 광 취출층 등의 각 기능층을 적절히 조합하여 구성해도 된다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자에 있어서의 대표적인 구성예에 대해서, 이하에 열거하지만, 본 발명에 적용 가능한 유기 EL 소자의 구성으로서는, 이것들로 예시하는 구성에 한정되는 것은 아니다.
(1) 양극/발광층/음극
(2) 양극/발광층/전자 수송층/음극
(3) 양극/정공 수송층/발광층/음극
(4) 양극/정공 수송층/발광층/전자 수송층/음극
(5) 양극/정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극
(6) 양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/음극
(7) 양극/정공 주입층/정공 수송층/(전자 저지층/)발광층/(정공 저지층/)전자 수송층/전자 주입층/음극
유기 EL 소자는, 외부로부터 전기장이 인가되고, 양극으로부터 정공이 정공 수송층으로 주입되고, 음극으로부터 전자가 전자 수송층에 주입된다. 주입된 캐리어가, 분자 간을 호핑 이동한다. 발광층에서 정공과 전자는 재결합하여 전기적으로 중성인 여기자를 생성한다. 여기자는, 발광 양자 효율에 따라 광을 발하여 복사 실활한다. 유기층 중에서 발생한 광이, 광 취출면에서 공기 중에 취출된다.
본 발명에 적용 가능한 유기 EL 소자를 구성하는 구체적인 각 구성층의 상세나 그 제조 방법에 대해서는, 특별히 한정은 없고, 공지된 구성 재료나 제조 방법을 적용할 수 있다. 예를 들어 일본 특허 공개 제2013-089608호 공보, 일본 특허 공개 제2014-120334호 공보, 일본 특허 공개 제2015-201508호 공보, 국제 공개 제2018/51617호 등에 기재되어 있는 내용을 참조할 수 있다.
(파장 변환 필터)
본 발명에 따른 유기 EL 소자는, 유기 EL 소자의 가시광을 근적외광으로 변환하는 파장 변환 필터가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파장 변환 필터에 있어서는, 파장 변환능을 갖는 발광체(예를 들어 발광 색소 등)를 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 파장 변환 필터는, 파장 변환능을 갖는 발광 색소를 함유하고 있으면, 특히 형태나 제조 방법 등은 제한되지 않고, 목적 용도에 따라서 적절히 결정된다.
본 발명에 따른 파장 변환 필터는, 근적광 영역을 포함하는 가시광 영역(380 내지 780nm), 바람직하게는 근적광 영역을 포함하는 녹색 내지 적색 영역(495 내지 750nm), 특히 바람직하게는 적색 영역(600 내지 700nm)의 범위 내의 광을 발광하는 유기 EL 소자로부터의 광을 흡수하여 근적외광, 예를 들어 700nm을 초과하고, 1500nm 이하의 영역에서 발광하는, 나아가, 850nm 부근에 발광 극대를 갖는 근적외광으로 변환하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
파장 변환 필터와 유기 EL 소자는, 각각을 별도로 제조하고, 양자를 접합하여 제작하는 방법이어도, 유기 EL 소자 상에 직접, 파장 변환 필터를 도설하여 적층시켜도 된다. 또한, 필요에 따라, 파장 변환되지 않고 방사되어 온 광을 제외하기 위한 커트 필터를 적층 또는 포함해도 된다.
본 발명에 따른 파장 변환 필터의 두께는, 소형화이며, 또한 플렉시블성을 유지하는 관점에서는, 0.01 내지 1000㎛의 범위 내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 500㎛의 범위 내이며, 나아가서는 10 내지 300㎛의 범위 내인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파장 변환 필터는, 필요에 따라 발광 색소의 이외에, 착색제나 광안정제, 항산화제, 계면 활성제, 난연제, 무기 첨가제, 투명화제, 자외선 흡수제, 충전제, 광산란성 입자와 같은 주지의 각종 첨가제를 포함하고 있어도 된다.
<수광 소자>
본 발명에 따른 수광 소자는, 발광 소자로부터 생체 조직에 조사된 광 중, 상기 생체 조직에 의해 반사된 광을 검출하여, 전기로 변환하는 센서로서 기능한다.
수광 소자로서는, 평면상의 유기 포토다이오드(organic photo diode: OPD) 또는 유기 박막 태양 전지(organic photovoltaics: OPV)를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 OPD를 사용하는 것이, 플렉시블하여 장착감이 양호하고, 또한 파장 변동이나 휘도 변동을 저감할 수 있는 점에서 바람직하다.
(1) 유기 포토다이오드
본 발명에 따른 수광 소자로서는, 종래 공지된 유기 포토다이오드(OPD)를 사용할 수 있다.
예를 들어 유기 포토다이오드는, 광투과성의 수지, 유리 등의 기판 상에 스퍼터링법이나 저항 가열 증착법 등에 의해 형성된 ITO(Indium-Tin Oxide) 등의 투명한 도전성 막을 포함하는 양극과, 양극 상에 전자 공여성층과 전자 수용성층을 각각 저항 가열 증착법 등에 의해 성막하여 이루어지는 구성의 광전 변환층, 추가로 그 상부에 동일하게 저항 가열 증착법 등에 의해 형성된 금속을 포함하는 음극을 기본적 구성 요소로 하고 있다.
이와 같은 구성을 갖는 유기 포토다이오드에, 광 조사를 행하면 광전 변환 영역에서 광흡수가 일어나 여기자가 형성된다. 계속해서, 캐리어가 분리되어 전자는 전자 수용성층을 지나 음극으로, 정공은 전자 공여성층을 지나 양극으로 이동한다. 이에 따라 양쪽 전극간에는 기전력이 발생하고, 외부 회로를 연결시킴으로써 전기 신호를 취출하는 것이 가능해진다.
광전 변환층은, 단일층 또는 복수층을 포함할 수 있다. 광전 변환층은, 예를 들어 진성층(intrinsic layer, I층), p형층/I층, I층/n형층, p형층/I층/n형층, p형층/n형층 등의 다양한 조합을 가질 수 있다.
예를 들어 미국 특허 제2017/0156651 공보의 도 13D에 기재된 구조를 갖는 것을 사용할 수 있다. 또한, 유기 포토다이오드에 사용되는 각종 유기 재료 등에 대해서는, 일본 특허 공표 제2017-532546호 공보 및 일본 특허 공개 제2006-261172호 공보 등이 참고가 된다.
(2) 유기 박막 태양 전지
본 발명에 따른 수광 소자로서는, 종래 공지된 여러 가지 형태의 유기 박막 태양 전지(OPV)를 사용할 수도 있다.
예를 들어 기판의 한쪽면 상에 투명 전극인 양극, 정공 수송층, 벌크 헤테로정션층의 광전 변환층, 전자 수송층 및 음극이 순차 적층되어 있는 기본적 구성을 갖는 벌크 헤테로정션형의 유기 광전 변환 소자를 사용할 수 있다.
또한, 정공 블록층, 전자 블록층, 전자 주입층, 정공 주입층, 또는 평활화층 등의 다른 층을 갖고 있어도 된다.
또한, 광전 변환층은, 광에너지를 전기에너지로 변환하는 층이며, p형 반도체 재료와 n형 반도체 재료를 균일하게 혼합한 벌크 헤테로정션층을 가지고 구성된다.
p형 반도체 재료는, 상대적으로 전자 공여체(도너)로서 기능하고, n형 반도체 재료는, 상대적으로 전자 수용체(억셉터)로서 기능한다.
여기서, 전자 공여체 및 전자 수용체는, "광을 흡수했을 때에, 전자 공여체로부터 전자 수용체로 전자가 이동하여 정공과 전자의 페어(전하 분리 상태)를 형성하는 전자 공여체 및 전자 수용체"이며, 전극과 같이 단순히 전자를 공여 또는 수용하는 것이 아니라, 광반응에 의해, 전자를 공여 또는 수용하는 것이다.
또한, 한층 더의 태양광 이용률(광전 변환 효율)의 향상을 목적으로 하여, 이러한 광전 변환 소자를 적층한, 탠덤형의 구성(벌크 헤테로정션층을 복수 갖는 구성)이어도 된다.
p형 반도체 재료로서는, 여러 가지의 축합 다환 방향족 화합물이나 공액계 화합물을 들 수 있다.
n형 반도체 재료의 예로서는, 풀러렌, 옥타아자포르피린, p형 반도체의 퍼플루오로체, 나프탈렌테트라카르복실산 무수물, 나프탈렌테트라카르복실산 디이미드, 페릴렌테트라카르복실산 무수물, 페릴렌테트라카르복실산 디이미드 등의 방향족 카르복실산 무수물이나 그 이미드화물을 골격으로서 포함하는, 고분자 화합물을 들 수 있다.
2.4 반사형 광전 용적 맥파 센서에 의한 맥파 측정예
이하, 본 발명에 따른 반사형 광전 용적 맥파 센서에 의한 맥파 측정의 실시예 및 측정의 효과에 대하여 설명한다.
발광 소자와, 수광 소자 사이의 최단 거리(h)(mm)를 각각 변경한 반사형 광전 용적 맥파 센서(1 내지 11)를 설계하고, 각 센서에 대하여 팔등측, 손목 척골측, 손목 요골측, 복부 및 흉부에 장착하여 후술하는 AC/DC의 값을 계측하였다.
구체적으로는, 수광 소자로서, 「KPD30S(교토 세미컨덕터사 제조)」를 사용하였다. 발광 소자로서는, 60×80mm의 OLED 패널(피크 파장 630nm) 상에 파장 변환 필름을 부착하고, 790nm의 피크 파장을 얻은 디바이스 상에 링부 이외의 광이 커트되도록, 마스크한 링상 광원을 얻어, 이 링상 광원을 사용하였다.
상기 링상 광원의 중심에 상기 수광 소자를 배치, 고정하고, 상기 수광 소자와 링상 광원의 최단 거리(h)가, 하기 표 I 및 표 II에 나타내는 바와 같이 되도록 링 직경을 조정하여 도 3에 도시한 바와 같은 구조의 반사형 광전 용적 맥파 센서(1 내지 11)를 얻었다. 링상 광원의 폭(최단 가로 폭 H)은 2mm로 하고, 광량은 25 내지 100mA/m2 사이로 조정하고, 각 거리에 따라 바람직한 조건을 사용하였다. 또한, 광량에 따라서 센서의 감도를 조정하였다.
샘플링 주파수 500Hz에서, 60초간 계측하고, 오프라인에서 해석하였다. 샘플링에 대해서는, 아날로그·프런트·엔드(AFE) 「AFE4403EVM(텍사스 인스트루먼트사 제조)」을 사용하여 취득하였다. AC/DC의 산출은 후술하는 바와 같고, 팔등측, 손목 척골측, 손목 요골측, 복부 및 흉부에 대하여 각 10회 계측한 평균값으로서 산출하였다.
회로측에 대해서는, 대역 통과 필터 및 저역 통과 필터를 사용하였다. 데이터 처리에 대해서는, 이동 평균 및 주파수 영역법을 이용하였다.
또한, 장착한 팔등측의 인체의 피부(표피+진피)의 두께 t는, 4(mm), 손목 척골측의 인체의 피부의 두께 t는, 3.5(mm), 손목 요골측의 인체의 피부의 두께 t는, 3(mm), 복부의 인체의 피부의 두께 t는, 2.5mm, 흉부의 인체의 두께 t는, 2(mm)로 하였다.
<AC/DC에 대해서>
상기한 「<산소 포화도의 산출법>」에서 설명한 바와 같이, 흡광도의 AC 성분으로서, 흡광도의 경시 변화의 최댓값과 최솟값의 차이를 산출함으로써 특정하고, 흡광도의 DC 성분으로서, 흡광도의 경시 변화 평균값을 산출함으로써 특정하였다. 그리고, (흡광도의 AC 성분)/(흡광도의 DC 성분)에 의해, AC/DC의 값을 산출하고, 하기 표 I 및 표 II에 나타냈다.
본 발명에 있어서는, 상기 AC/DC의 값은, 0.20％의 범위 내인 것이 실용상 바람직하고, 특히 0.30％ 이상인 것이 바람직한 것으로 하였다. 또한, 디바이스의 사이즈를 감안하면, 0.80％ 이하인 것이 실용상 바람직한 것으로 하였다.
[표 I]
Figure pct00002
[표 II]
Figure pct00003
상기 결과에 나타내는 바와 같이, 상기 최단 거리(h)를 크게 함으로써 AC/DC의 값이 증대하는 것을 확인할 수 있다. 단, 상기 최단 거리(h)를 너무 크게 하면, 광량의 감쇠 영향이 크고, 소비 전력이 증가하는 것에 더하여, 신호 강도 자체가 저하되어 노이즈 영향을 받기 쉬워진다.
따라서, 상기 식 (1)을 충족하는 본 발명의 반사형 광전 용적 맥파 센서는, 비교예의 반사형 광전 용적 맥파 센서에 비하여, 광량의 감쇠 영향이 저감되어, 소비 전력도 증가하지 않으며, 또한 신호 강도 자체도 저하되지 않아 노이즈 영향을 받기 어렵다. 따라서, 측정 정밀도가 우수하다는 것이 인정된다.
본 발명은 적어도 반사형 광전 용적 맥파 센서 등의 센서를 사용하여 취득한 생체 데이터에 기초하여 진단하는 생체 상태 진단 시스템에 이용할 수 있다.
1: 생체 상태 진단 시스템
10: 생체 데이터 취득부
11: 구동부
12: 수신부
13: 가공부
14S: 처리부
14a: 제1 신호 처리부
14b: 제2 신호 처리부
14c: 프레임 데이터 기억부
15: 합성부
16: 표시 처리부
17: 표시부
18: 계측 부위 설정부
19: 수신 데이터 기억부
20: 진단부
30: 조작 입력부
40: 제어부
40a: CPU
40b: RAM
40c: ROM
14: 검출부
41, 42: 투광성 기판
43: 밀봉재
50: 제1 전극
60: 제2 전극
70: 수광 소자
80: 발광 소자
h: 발광 소자와 수광 소자 사이의 최단 거리

Claims (13)

  1. 적어도 생체 데이터의, 취득부, 수신부, 가공부, 처리부 및 진단부를 구비한 생체 상태 진단 시스템이며,
    상기 취득부에서는, 반사형 광전 용적 맥파 센서에 의해 생체 데이터를 취득하고,
    상기 가공부에서는, 취득된 생체 데이터를 최적으로 가공하고,
    상기 처리부에서는, 가공된 데이터로부터 특징점을 추출하며 또한
    상기 진단부에서는, 추출된 생체 데이터에 기초하여 기계 학습을 사용하여 생체 상태를 진단하는 생체 상태 진단 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 발광 소자가 면상이며, 생체 조직에 조사하는 광의 면 광원으로서 사용되는, 생체 상태 진단 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 발광 소자가 유기 EL 소자인, 생체 상태 진단 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서의 수광 소자가 유기 포토다이오드인, 생체 상태 진단 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취득부에서는, 상기 생체 데이터를 상시 계측·취득하는, 생체 상태 진단 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취득부에서는, 동시에 2종 이상의 생체 데이터를 계측·취득하는, 생체 상태 진단 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 취득부에서는, 동시에 2군데 이상의 생체 부위의 생체 데이터를 계측·취득하는, 생체 상태 진단 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로 합성부를 구비하여, 취득한 상기 생체 데이터를 합성하고, 하나의 데이터로 통합하는, 생체 상태 진단 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단부에서는, 속성에 따른 생체 데이터를 설명 변수, 속성에 따른 대응되는 생체 상태를 목적 변수로서 기계 학습시킨 학습 모델을 사용하는, 생체 상태 진단 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진단부에서는, 얻어진 상기 생체 데이터를 기초로 딥 러닝을 사용한 학습 모델을 사용하는, 생체 상태 진단 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사형 광전 용적 맥파 센서가, 면상의 발광 소자 및 수광 소자를 구비한 반사형 광전 용적 맥파 센서이며,
    상기 발광 소자와 상기 수광 소자가, 상하 방향에 있어서, 서로 대향되어 있지 않고,
    상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리를 h(mm)라 하고,
    인체의 피부(표피+진피)의 두께를 t(mm)라 하며, 또한 당해 두께가 0.1 내지 4mm의 범위 내라고 했을 때,
    적어도 1조의 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 최단 거리(h)(mm)가 하기 식 (1)을 충족하는 생체 상태 진단 시스템.
    식 (1): (t×0.7)2≤h≤(t×1.3)2
  12. 제11항에 있어서, 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이의 상기 최단 거리가, 2 내지 25mm의 범위 내인, 생체 상태 진단 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 발광 소자를 복수 구비하고, 각 발광 소자가 상기 수광 소자의 중심점을 중심으로 하여 대략 동심원 상에 배치되어 있는, 생체 상태 진단 시스템.
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