WO2019181268A1 - 生体情報測定装置 - Google Patents

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light emitting
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ステファノ ヴァレンツィ
ピーター ジュリカ
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Dynamic Brain Lab合同会社
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    • A61B5/6813Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6824Arm or wrist

Definitions

  • the present invention relates to a biological information measuring device.
  • the present invention relates to an optical biological information measuring device that measures a plurality of biological information.
  • pulse meters, pulse oximeters, and the like are known as optical biological information measuring devices.
  • the pulse oximeter measures blood oxygen saturation in a living body in a noninvasive manner.
  • the principle is that the difference in absorbance of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin of light having a predetermined wavelength is utilized, and light of different wavelengths is emitted to the living body by a light emitting element, and the absorbance of each light is detected.
  • the medium oxygen saturation is measured (for example, see Patent Document 1).
  • a pulse oximeter as shown in Patent Document 1 includes two light-emitting elements and one light-receiving element. For example, a plurality of blood components such as measuring blood oxygen saturation and blood glucose concentration are included. It was difficult to obtain biometric information including In order to acquire a plurality of biological information, separate light emitting elements and light receiving elements are required.
  • An object of the present invention is to provide a biological information measuring apparatus capable of acquiring a plurality of biological information, which is reduced in size and power consumption with a simple configuration.
  • a biological information measuring device includes: N light emitting elements that emit light of different wavelengths (N is an integer of 3 or more) and light of the different wavelengths that are emitted from the light emitting elements and reflected by the living body, and have an intensity according to the amount of light received
  • N is an integer of 3 or more
  • a sensor module comprising N-1 light receiving elements for outputting signals
  • a signal processing unit that performs signal processing of an output signal from the light receiving element and generates biological information
  • the signal processing unit includes a microcontroller that controls a light emission amount of the light emitting element based on an intensity of an output signal from the light receiving element.
  • a biological information measuring device capable of acquiring a plurality of biological information, which is reduced in size and power consumption with a simple configuration.
  • FIG. 1 shows the structural example of the sensor module in the biological information measuring device which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a schematic plan view which shows one example of arrangement
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a sensor module in the biological information measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the sensor module 20 of the present invention includes three light emitting elements 21 and two light receiving elements 22.
  • the sensor module 20 of the present invention is characterized in that it has fewer light emitting elements 21 than the conventional sensor module disclosed in Patent Document 1.
  • the biological information measuring apparatus 100 including the sensor module 20 shown in FIG. 1 emits light of different wavelengths from the three light emitting elements 21 to the living body 10 and receives the reflected light by the two common light receiving elements 22. A signal with an intensity corresponding to the amount is output. As a result, a plurality of blood components are measured so that blood glucose concentration can be measured while realizing the absorption of signal fluctuations and the acquisition of blood oxygen saturation that are characteristic of the pulse oximeter. Biometric information including can be acquired. In addition, it is possible to measure the same component of the living body and calculate the average value, and if the other light receiving element is normal even if an abnormality occurs in one light receiving element, the biological information to be obtained is acquired. Therefore, the reliability of the measurement value is improved. In addition, the simple configuration with one light emitting element 21 compared to the conventional apparatus eliminates the mounting space required for the conventional light emitting element 21 and voltage loss due to the drive circuit, thereby reducing the size and power consumption of the apparatus. Is realized.
  • FIG. 2 and 3 are schematic plan views showing examples of arrangement of light emitting elements and light receiving elements of the sensor module in the biological information measuring apparatus of the present invention.
  • the sensor module 20 includes N light emitting elements 21 and N ⁇ 1 light receiving elements 22.
  • FIG. 2 shows an example of an arrangement when N is 3
  • FIG. 3 shows an example of an arrangement when N is 5.
  • the first light emitting element 21 and the second light emitting element 21 are arranged on the circumference of the radius r indicated by the one-dot chain line with the first light receiving element 22 as the center, and the second light emitting element 21 and the third light emitting element 21 are provided.
  • the second light receiving element 22 is disposed on the circumference of a radius r indicated by a one-dot chain line.
  • the radius r indicates the center distance between the two light emitting elements 21 and the common light receiving element 22. In order to reduce the size of the sensor module 20, the radius r is preferably within 1 mm.
  • the first light emitting element, the second light emitting element, the third light emitting element, the first light receiving element, and the second light receiving element may be arranged on the same straight line.
  • the light emitting element 21 and the light receiving element 22 are arranged in two rows, but this is not always necessary.
  • the light emitting element 21 and the light receiving device 22 are arranged in one or three rows. May be.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the biological information measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the biological information measuring apparatus 100 includes a sensor module 20, an LED driver 50 connected to the sensor module, and a signal processing unit 60.
  • the light emitting element 21 constituting the sensor module 20 includes a red LED (Light Emitting Diode) 30 that emits red visible light, an infrared LED 31 that emits infrared light, and a near infrared that emits near infrared light.
  • An LED 32 is provided.
  • the red LED 30 has a peak wavelength or center wavelength near 660 nm
  • the infrared LED 31 has a peak wavelength or center wavelength near 940 nm
  • the near-infrared LED has a peak wavelength or center wavelength near 1550 nm.
  • the light receiving element 22 constituting the sensor module 20 includes a photodiode 40 that receives light having a wavelength in the red visible light region to an infrared light region, and a photo diode that receives light having a wavelength in the near infrared light region from the infrared light region.
  • a diode 41 is provided.
  • the wavelength region received by the photodiode 40 is 600 to 1000 nm
  • the wavelength region received by the photodiode 41 is 900 to 1600 nm.
  • the LED driver 50 is a drive circuit for driving the LEDs 30, 31, 32 of the sensor module 20.
  • the LED driver 50 controls the light emission amounts of the LEDs 30, 31 and 32 under the control of the microcontroller 69 of the signal processing unit 60. Further, the LED driver 50 controls the light emission cycle of each LED 30, 31, 32 under the control of the microcontroller 69 to turn on or off each LED.
  • the signal processing unit 60 includes a signal acquisition unit 62, a signal adjustment unit 64, and a signal control unit 66.
  • the signal acquisition unit 62 includes an amplifier circuit and a sample hold circuit.
  • the signal adjustment unit 64 includes a low-pass filter and a high-pass filter for removing noise components.
  • the signal control unit 66 includes an A / D conversion circuit 68 and a microcontroller 69.
  • the microcontroller 69 calculates and calculates biological information and controls the operation of each unit constituting the biological information measuring apparatus 100.
  • the red LED 30, the infrared LED 31, and the near infrared LED 32 of the sensor module 20 are selectively emitted by the LED driver 50 under the control of the microcontroller 69, and radiate light of different wavelengths to the living body 10.
  • the light reflected by the living body 10 is received by the photodiodes 40 and 41, and a signal corresponding to the amount of received light is output to the signal acquisition unit 62.
  • the signal acquisition unit 62 distributes the signals output from the photodiode 40 and the photodiode 41 to the amplifier circuits under the control of the microcontroller 69 and outputs the signals to the signal adjustment unit 64.
  • the sample hold circuit of the signal acquisition unit 62 holds the signals output from the photodiodes 40 and 41 for a certain period under the control of the microcontroller 69.
  • the low pass filter of the signal adjustment unit 64 low-pass-filters the signal output from the signal acquisition unit 62 with a predetermined cut-off frequency and outputs it to the high pass filter.
  • the high-pass filter performs high-pass filtering on the signal output from the low-pass filter at a predetermined cutoff frequency and outputs the filtered signal to the signal control unit 66. Since the signal output from the high pass filter may be a weak signal to be transmitted or digitized, the signal adjustment unit 64 may further include an amplifier circuit for amplifying the signal.
  • the A / D conversion circuit 68 of the signal control unit 66 converts the signal output from the signal adjustment unit 64 from an analog signal to a digital signal and outputs it.
  • the microcontroller 69 performs signal processing such as waveform shaping based on the digital signal output from the A / D conversion circuit 68, and generates biological information as a measurement result.
  • the biometric information to be generated includes one or more of pulse, blood oxygen concentration, or blood glucose concentration.
  • the generated biological information and signals can be stored in the memory of the microcontroller 69.
  • the microcontroller 69 parallels the LEDs 30, 31 in the LED driver 50 based on the signals output from the photodiodes 40, 41. It is possible to control the light emission amount of 32, the signal amplification in the signal acquisition unit 62, and the like. For example, when measuring a living tissue having a large skin thickness, light incident on the photodiodes 40 and 41 is relatively small, and thus a higher light quantity is required for light detection. In this case, the microcontroller 69 performs control such as increasing the light emission amount of the LEDs 30, 31, and 32 or increasing the signal amplification in the signal acquisition unit 62 via the LED driver 50 or directly. be able to. With this configuration, it is possible to provide a biological information measuring device capable of acquiring a plurality of biological information, which can achieve downsizing and power saving with a simple configuration.
  • the various processes described above are not only executed in time series according to the description, but may also be executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processes.
  • the information on the living body 10 is calculated by the microcontroller 69
  • the information on the living body may be calculated by processing of the microcontroller or the like of the external device.
  • the biological information measuring device 100 includes a communication unit that can communicate with an external device.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the biological information measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the biological information measuring device 100 according to the second embodiment includes a sensor unit 90, a control unit 91, a warning unit 92, a communication unit 93, and a power supply unit 94 in addition to the biological information measuring device 100 according to the first embodiment described above. Further prepare.
  • the sensor unit 90 includes a temperature sensor, a humidity sensor, an acceleration sensor, a pressure sensor, a gyro sensor, a GSR sensor, and the like. Various sensors constituting the sensor unit are connected to the control unit 91 and output detected signals to the control unit 91.
  • the temperature sensor has a function of detecting the living body temperature or the external temperature of the subject.
  • the humidity sensor has a function of detecting external humidity and the like.
  • the acceleration sensor and the gyro sensor have a function of detecting a body movement or the like applied to the subject's living body.
  • the biological information measuring apparatus 100 may include both the acceleration sensor and the gyro sensor, and may use the detection results of both sensors in combination, or may include only one of them.
  • the pressure sensor has a function of detecting an external pressure such as atmospheric pressure. Moreover, the function which detects the pressure concerning the biological body 10 or the biological information measuring device 100 is provided.
  • the GSR sensor 86 has a function of detecting the GSR (galvanic skin response) value of the subject.
  • the control unit 91 also functions as the signal processing unit 60 of the biological information measuring device in the first embodiment, and is connected to the sensor module 20 and various sensors of the sensor unit 90 described above.
  • the control unit 91 includes a microcontroller 69 and controls the overall operation of the biological information measuring apparatus 100.
  • the control unit 91 also has a function of storing a control program to be executed, processing results, various data, and the like.
  • the control unit 91 controls various sensors of the sensor module 20 and the sensor unit 90 to perform measurement data acquisition, analysis, and output operations. These measurement data may be transmitted to the external device 400 via the communication unit 93 every time signals detected by various sensors are acquired, or once stored in the control unit 91 and periodically transmitted. You may make it do. Further, when the acquired measurement data is transmitted to the external device 400, the data analysis of the measurement data described above may be performed by the external device 400.
  • the control part 91 since the signal output to the control part 91 from the said various sensors is an analog signal, the control part 91 is provided with the AD conversion function which converts the input analog signal into a digital signal. However, when the input analog signal is directly transmitted to the external device 400, the AD conversion function may not be provided.
  • Examples of the biological information obtained include sweating, heartbeat, pulse wave, skin temperature, skin electrical reflection, skin resistance, blood oxygen saturation, blood glucose concentration, and the like. It may be adopted as appropriate.
  • the warning unit 92 includes a light output unit that outputs predetermined light or a sound output unit that outputs predetermined sound. Based on the detection that the acquired biological information is equal to or less than a predetermined threshold value, a function of emitting predetermined light or sound to the measurement subject or the like is provided. In addition, when measurement of biological information is stopped by the measurement subject and measurement is not started for a certain period of time, the warning unit 92 may emit light or sound so as to prompt the measurement to be restarted.
  • the communication unit 93 has a function of transmitting the measurement data signal-processed by the control unit 91 to the external device 400 wirelessly or by wire. In addition, it has a function of transmitting a signal notifying abnormality to the external device 400 based on detection that the acquired biological information is equal to or less than a predetermined threshold.
  • the data is transmitted to the external device 400 including the wireless transceiver 402 by a method such as infrared communication or Bluetooth (registered trademark).
  • the communication unit 93 may transmit to an external information device via a cable.
  • a cable since power supply is performed using the power supply line of this cable, power is supplied simultaneously when connected to the external device 400 via the cable.
  • the cable may be a USB cable.
  • the power supply unit 94 includes a connection terminal, a power supply circuit, and a charging circuit for connection to a removable external battery 95 or an external device 400 capable of supplying power.
  • This connection terminal may be a USB terminal.
  • the external device 400 includes a wireless transceiver 402. For example, a portable terminal, a tablet terminal, etc. are mentioned.
  • the external device 400 preferably includes a display unit that can display measurement data received from the communication unit 93. Thereby, the person to be measured of the biological information measuring apparatus 100 can confirm his / her current or past biological information with a numerical value.
  • the biological information measuring device 100 and the external device 400 are not limited to the configuration of the present embodiment, and various modifications may be made such as omitting some of these components or adding other components. Is possible.
  • FIG. 6 is a diagram showing an external configuration as an example of the biological information measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the appearance of the biological information measuring apparatus 100 according to the present embodiment includes a casing 97, two photodiodes 40 and 41, a sensor unit 90, a warning unit 92 that outputs predetermined light and sound, and a removable external battery. 95.
  • the casing 97 is a substantially rectangular parallelepiped box-shaped member and includes a light transmission window.
  • the light transmission window is formed of a member that transmits light, and the light transmitted through the light transmission window is received by the light receiving element of the sensor module.
  • the interior of the housing 97 is an arrangement space for various sensors.
  • a wearable device is provided without a wired cable. Note that the thickness of the casing 97 is more suitable, and is preferably 3 mm or less.
  • FIG. 7 is a diagram showing an external configuration as an example of the biological information measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the appearance of the biological information measuring apparatus 100 according to the present embodiment includes a casing 97, two photodiodes 40 and 41, a sensor unit 90, a warning unit 92 that outputs predetermined light and sound, and a cable 96.
  • the biological information measuring device 100 according to the present embodiment supplies power from the external device 400 via the cable 96.
  • data can be transmitted to the external device 400 via the cable 96.
  • the cable 96 may be a USB cable.
  • a portable device is provided.
  • FIG. 8 is a diagram showing an external configuration as an example of the biological information measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the appearance of the biological information measuring apparatus 100 according to the present embodiment shows a casing 97, two photodiodes 40 and 41, a sensor unit 90, a warning unit 92 that outputs predetermined light and sound, and a connection terminal 99.
  • the connection terminal 99 can be connected to both the battery 95 and the external device 400 via the cable 96.
  • the connection terminal 99 may be a USB connection terminal.
  • the wearable type shown in the second embodiment and the portable type shown in the third embodiment can be used. According to the fourth embodiment, it is not necessary to separately manufacture wearable and portable devices, and man-hours and manufacturing costs can be reduced.
  • FIG. 9 is a schematic view in which the biological information detection device according to the third embodiment of the present invention is attached to an external device.
  • the biological information measuring device 100 is connected to the external device 400 via the cable 96, and is supplied with power from the external device 400 or performs data communication with the external device 400. If it is the external apparatus 400 provided with a display part, the measurement data obtained by the biological information measurement apparatus 100 will be displayed on the external apparatus 400. Since the sensor module 20 of the present invention is downsized, the thickness is small, and the casing 97 of the biological information measuring apparatus 100 according to the present embodiment is relatively small and thin. For this reason, as shown in FIG. 8, the biological information measuring apparatus 100 according to the present embodiment can be provided on the upper surface of the external apparatus 400, and does not restrict the actions of the person to be measured and is excellent in portability.
  • the band unit includes a first band unit 501 and a second band unit 502.
  • the first band unit 501 shown in FIG. 10 includes an internal surface so as to detachably hold the biological information measuring device 100 and to come into contact with a biological tissue.
  • a hole that can store the biological information measuring device 100 is provided in the dotted line portion illustrated in the drawing of the first band unit 501.
  • a second band unit 502 shown in FIG. 11 is mounted on the first band unit 501, and includes a stretchable light shielding member that shields light that directly leaks into a surface that is in contact with living tissue or directly.
  • the band-type biological information measuring device 100 that is wound around a wrist of a living body is described as an example, but the biological information measuring device 100 to which the present invention can be applied is not limited thereto. Absent.
  • the present invention can be applied to a biological information measuring apparatus 100 such as a spectacle type in which a measuring apparatus is stored in a spectacle frame.

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Abstract

異なる波長の光を放射するN個(Nは3以上の整数)の発光素子21と、前記発光素子21から放射され、生体10によって反射された異なる波長の光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力するN-1個の受光素子22と、を備えるセンサモジュール20と、前記受光素子22からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記受光素子22からの出力信号の強度に基づいて、前記発光素子21の発光量をそれぞれ制御するマイクロコントローラを備えることを特徴とする生体情報測定装置。

Description

生体情報測定装置
 本発明は、生体情報測定装置に関する。特に、複数の生体情報を測定する光学式の生体情報測定装置に関する。
 従来から、光学式の生体情報測定装置として、脈拍計やパルスオキシメータ等が知られている。パルスオキシメータは、生体の血液中酸素飽和度を非観血的に測定するものである。その原理は、所定の波長を有する光の酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに対する吸光度の違いを利用し、発光素子により波長の異なる光を生体に放射して各光の吸光度を検出することにより、生体の血液中酸素飽和度を測定するものである(例えば、特許文献1を参照)。
特開平06-098881号公報
 ところで、特許文献1に示すようなパルスオキシメータは、2つの発光素子及び1つの受光素子を備えるが、例えば血中酸素飽和度と血中グルコース濃度とを測定するというような、複数の血液成分を含む生体情報を取得することが困難であった。複数の生体情報を取得するためには、それぞれ別個の発光素子と受光素子が必要になる。
 しかしながら、発光素子と受光素子を単に増やしただけでは、生体情報を生成するために複雑な回路を必要とし、装置の小型化及び省電力化が図れないという問題があった。
 本発明は、簡易な構成により小型化および省電力化を実現した、複数の生体情報を取得可能な生体情報測定装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明の1態様の生体情報測定装置は、
 異なる波長の光を放射するN個(Nは3以上の整数)の発光素子と、上記発光素子から放射され、生体によって反射された上記異なる波長の光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力するN-1個の受光素子と、を備えるセンサモジュールと、
 上記受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部と、
を備え、
 上記信号処理部は、上記受光素子からの出力信号の強度に基づいて、上記発光素子の発光量を制御する、マイクロコントローラを備えることを特徴とする。
 本発明によれば、簡易な構成により小型化および省電力化を実現した、複数の生体情報を取得可能な生体情報測定装置を提供することができる。
本発明の第1実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。 本発明の第1実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの発光素子と受光素子の配置の1例を示す概略平面図である。 本発明の第1実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの発光素子と受光素子の配置の1例を示す概略平面図である。 本発明の第1実施形態に係る生体情報測定装置の機能的構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態に係る生体情報測定装置の機能的構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態に係る生体情報測定装置の1例としての外観構成を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る生体情報測定装置の1例としての外観構成を示す図である。 本発明の第4実施形態に係る生体情報測定装置の1例としての外観構成を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る生体情報検出装置を、外部装置に取り付けた模式図である。 本発明の生体情報測定装置を生体組織に装着固定するための第1バンド部を示す模式図である。 本発明の生体情報測定装置を生体組織に装着固定するための第2バンド部を示す模式図である。
 以下に、本発明に係る生体情報測定装置の各種の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
 図1は、本発明の第1実施形態に係る生体情報測定装置におけるセンサモジュールの構成例を示す図である。本発明のセンサモジュール20は、3つの発光素子21及び2つの受光素子22を備える。本発明のセンサモジュール20は、特許文献1に開示されているような従来のセンサモジュールと比較し、1つ発光素子21が少ないことを特徴としている。
 図1に示すセンサモジュール20を備える生体情報測定装置100は、3つの発光素子21からそれぞれ異なる波長の光を生体10に放射し、その反射光を共通の2つの受光素子22により受光し、受光量に応じた強度の信号を出力する。これにより、パルスオキシメータの特徴である被測定者の体動に伴う信号の変動の吸収及び血中酸素飽和度の取得を実現しつつ、血中グルコース濃度も測定するように、複数の血液成分を含む生体情報を取得することができる。また、生体の同一成分を測定しその平均値を算出することが可能であり、さらに、一方の受光素子に異常が生じても他方の受光素子が正常であれば、求める生体情報を取得することも可能であるため、測定値の信頼性向上が実現される。さらに、従来の装置と比較し1つ発光素子21が少ない簡易な構成により、従来の発光素子21に必要な実装スペースや、駆動回路による電圧ロス等が解消され、装置の小型化および省電力化が実現される。
 図2及び図3は、本発明の生体情報測定装置におけるセンサモジュールの発光素子と受光素子の配置例を示す概略平面図である。センサモジュール20は、N個の発光素子21とN-1個の受光素子22を備える。図2は、Nが3の場合の配置の1例、図3は、Nが5の場合の配置の1例を示す。
 第1発光素子21と第2発光素子21が、第1受光素子22を中心とした1点鎖線に示す半径rの円周上に配設され、第2発光素子21と第3発光素子21が、第2受光素子22を中心とした1点鎖線に示す半径rの円周上に配設されている。上記半径rは、2つの発光素子21と共通の受光素子22との中心間隔を示すものである。センサモジュール20の小型化を実現するため、半径rは1mm以内が好ましい。なお、図2のように、第1発光素子、第2発光素子、第3発光素子、第1受光素子及び第2受光素子は、同一直線上に配設されてもよい。
 また、図3に示す例では、発光素子21と受光素子22の配設形状が2列となるように配設されているが、必ずしもその必要はなく、例えば1列や3列に配設形状されていてもよい。要するに、発光素子21は共通の受光素子22との間の距離が同一となるようにその受光素子の周りに設けられていれば小型化の観点から好ましい。
 図4は、本発明の第1実施形態に係る生体情報測定装置の機能的構成を示すブロック図である。本実施形態に係る生体情報測定装置100は、センサモジュール20と、センサモジュールに接続されたLEDドライバ50と、信号処理部60とを備える。
 センサモジュールについて具体的に説明する。センサモジュール20を構成する発光素子21は、赤色の可視光を放射する赤色LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)30、赤外光を放射する赤外LED31及び近赤外光を放射する近赤外LED32を備える。例えば、赤色LED30は660nm近傍にピーク波長または中心波長を有し、赤外LED31は940nm近傍にピーク波長または中心波長を有し、近赤外LEDは1550nm近傍にピーク波長または中心波長を有する。
 センサモジュール20を構成する受光素子22は、赤色の可視光領域から赤外光領域の波長の光を受光するフォトダイオード40及び赤外光領域から近赤外光領域の波長の光を受光するフォトダイオード41を備える。好ましくは、フォトダイオード40の受光する波長の領域は、600~1000nmであり、フォトダイオード41の受光する波長の領域は、900~1600nmである。
 LEDドライバ50は、センサモジュール20のLED30、31、32を駆動させるための駆動回路である。LEDドライバ50は、信号処理部60のマイクロコントローラ69による制御の下、LED30、31、32の発光量を制御する。また、LEDドライバ50は、マイクロコントローラ69による制御の下、各LED30、31、32の発光周期を制御し、各LEDを点灯又は消灯させる。
 信号処理部60は、信号取得部62、信号調整部64及び信号制御部66を備える。信号取得部62は、増幅回路及びサンプルホールド回路を備える。信号調整部64は、ノイズ成分を除去するためのローパスフィルタ及びハイパスフィルタを備える。信号制御部66は、A/D変換回路68およびマイクロコントローラ69を備える。マイクロコントローラ69は、生体情報を演算して算出する他、生体情報測定装置100を構成する各部の動作を制御する。
 センサモジュール20の赤色LED30、赤外LED31及び近赤外LED32は、マイクロコントローラ69による制御の下、LEDドライバ50により選択的に発光され、生体10に異なる波長の光を放射する。生体10によって反射された光は、フォトダイオード40、41により受光され、受光量に応じた信号を信号取得部62に出力する。信号取得部62は、マイクロコントローラ69による制御の下、フォトダイオード40及びフォトダイオード41から出力された信号を増幅回路にそれぞれ振り分けて、信号調整部64に出力する。この際、信号取得部62のサンプルホールド回路は、マイクロコントローラ69による制御の下、フォトダイオード40及び41から出力された信号を一定期間保持する。信号調整部64のローパスフィルタは、信号取得部62から出力された信号を、所定のカットオフ周波数で低域濾過し、ハイパスフィルタに出力する。ハイパスフィルタは、ローパスフィルタから出力された信号を、所定のカットオフ周波数で高域濾過し、信号制御部66に出力する。なお、ハイパスフィルタから出力された信号は伝送またはデジタル化されるには微弱な信号である場合があるため、信号調整部64は信号を増幅するための増幅回路をさらに備えていていもよい。信号制御部66のA/D変換回路68は、信号調整部64から出力された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力する。マイクロコントローラ69は、A/D変換回路68から出力されたデジタル信号に基づいて、波形整形などの信号処理を実行し、測定結果としての生体情報を生成する。生成する生体情報は、脈拍、血中酸素濃度または血中グルコース濃度のうちの1つ以上を含む。生成された生体情報や信号は、マイクロコントローラ69のメモリに保存することができる。
 本発明の生体情報測定装置100は種々の生体10の測定に対応するため、マイクロコントローラ69は、フォトダイオード40、41から出力される信号に基づいて、並行してLEDドライバ50におけるLED30、31、32の発光量や信号取得部62における信号の増幅などを制御することができる。例えば、皮膚の厚みが大きい生体組織を測定する場合には、フォトダイオード40、41に入射される光が相対的に小さくなるため、光の検出のためにより高い光量を必要とする。この場合、マイクロコントローラ69は、例えば、LEDドライバ50を介してまたは直接、LED30、31、32の発光量を増大させたり、信号取得部62における信号の増幅を増大させたりする等の制御を行うことができる。この構成により、簡易な構成により小型化および省電力化を実現した、複数の生体情報を取得可能な生体情報測定装置を提供することができる。
 なお、上記に記載した各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。さらに、マイクロコントローラ69により生体10の情報を算出した実施形態を説明したが、外部装置のマイクロコントローラ等の処理により生体の情報を算出してもよい。この場合、生体情報測定装置100は、外部装置と通信可能な通信部を備えることとなる。
 図5は、本発明の第2実施形態に係る生体情報測定装置の機能的構成を示すブロック図である。第2実施形態に係る生体情報測定装置100は、上述した第1実施形態に係る生体情報測定装置100に加えて、センサ部90、制御部91、警告部92、通信部93及び電源部94をさらに備える。
 センサ部90は、温度センサ、湿度センサ、加速度センサ、圧力センサ、ジャイロセンサ及びGSRセンサ等から構成される。センサ部を構成する各種センサは、制御部91に接続され、検出した信号を制御部91に出力する。
 温度センサは、被験者の生体温度や外部温度などを検出する機能を備える。湿度センサは、外部湿度などを検出する機能を備える。加速度センサ及びジャイロセンサは、被験者の生体にかかる体動などを検出する機能を備える。なお、本実施形態の生体情報測定装置100は、加速度センサ及びジャイロセンサの両方を有して構成し両方のセンサの検出結果を併用してもよいし、いずれか単独のみを有してもよい。圧力センサは、大気圧等の外部の圧力を検出する機能を備える。また、生体10や生体情報測定装置100にかかる圧力を検出する機能を備える。GSRセンサ86は、被験者のGSR(galvanic skin response:皮膚電気反射)値などを検出する機能を備える。
 制御部91は、第1実施形態における生体情報測定装置の信号処理部60としての機能を兼ねており、センサモジュール20及び上述したセンサ部90の各種センサに接続されている。制御部91は、マイクロコントローラ69を含み、生体情報測定装置100の動作全般を制御する。制御部91は、実行される制御プログラム、処理結果及び各種データなどを記憶する機能も備える。制御部91は、センサモジュール20及びセンサ部90の各種センサを制御し、生体情報の測定データの取得、解析及び出力動作を行う。これらの測定データは、各種センサで検出する信号を取得する度に通信部93を介して外部装置400に送信するようにしてもよいし、制御部91に一旦格納しておいて定期的に送信するようにしてもよい。また、取得した測定データを外部装置400に送信する場合、上述した測定データのデータ解析は、外部装置400で行ってもよい。
 なお、上記各種センサから制御部91に出力される信号は、アナログ信号であるので、制御部91は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換機能を備える。ただし、入力されるアナログ信号を直接、外部装置400に送信する場合には、AD変換機能を備えなくてよい。
 得られる生体情報としては、例えば、発汗、心拍、脈波、皮膚温度、皮膚電気反射、皮膚抵抗値、血中酸素飽和度、血中グルコース濃度等があり、生体情報測定装置100の利用目的に応じて適宜採択すればよい。
 警告部92は、所定の光を出力する光出力部または所定の音声を出力する音声出力部を備える。取得した生体情報が、所定の閾値以下であることの検出に基づいて、被測定者などに所定の光または音声を発する機能を備える。また、被測定者によって、生体情報の測定が停止された後に、一定時間測定が開始されない場合に、警告部92が測定の再開を促すよう、光や音声を発してもよい。
 通信部93は、制御部91により信号処理された測定データを、外部装置400へ無線または有線で送信する機能を備える。また、取得した生体情報が所定の閾値以下であることの検出に基づいて、異常を知らせる信号を外部装置400に送信する機能を備える。本実施形態では、例えば赤外線通信やBluetooth(登録商標)等の方式で、無線送受信機402を備える外部装置400へ送信する。
 また、通信部93は、ケーブルにより外部の情報装置に送信してもよい。この場合、給電はこのケーブルの電源ラインを利用して行うので、ケーブルを介した外部装置400との接続時には同時に給電することになる。ケーブルは、USBケーブルでもよい。
 電源部94は、着脱可能な外付けのバッテリー95または電源供給可能な外部装置400と接続するための接続端子、電源回路及び充電回路を備える。この接続端子は、USB端子でもよい。
 外部装置400は、無線送受信機402を備える。例えば携帯端末やタブレット端末などが挙げられる。外部装置400は、通信部93から受信した測定データなどを表示できる、表示部を備えるものがよい。これにより、生体情報測定装置100の被測定者は、自身の現在または過去の生体情報を数値で確認することができる。
 なお、生体情報測定装置100および外部装置400は、本実施形態の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。
 図6は、本発明の第2実施形態に係る生体情報測定装置の1例としての外観構成を示す図である。本実施形態に係る生体情報測定装置100の外観には、筐体97、2つのフォトダイオード40及び41、センサ部90、所定の光や音を出力する警告部92及び着脱可能な外付けのバッテリー95を示している。本実施形態では、筐体97は、略直方体の箱状の部材であり、光透過窓を備える。光透過窓は、光を透過する部材で形成され、光透過窓を透過した光は、センサモジュールの受光素子により受光される。筐体97の内部は各種センサなどの配置空間となる。本実施形態では、有線のケーブルを有さず、ウェアラブル型の装置となる。なお、筐体97の厚みは薄いほうが適しており、3mm以下であるとよい。
 図7は、本発明の第3実施形態に係る生体情報測定装置の1例としての外観構成を示す図である。本実施形態に係る生体情報測定装置100の外観には、筐体97、2つのフォトダイオード40及び41、センサ部90、所定の光や音を出力する警告部92、ケーブル96を示している。本実施形態に係る生体情報測定装置100は、ケーブル96を介して、外部装置400から給電する。また、ケーブル96を介して外部装置400にデータを送信することができる。ケーブル96はUSBケーブルでもよい。本実施形態では、ポータブル型の装置となる。
 図8は、本発明の第4実施形態に係る生体情報測定装置の1例としての外観構成を示す図である。本実施形態に係る生体情報測定装置100の外観には、筐体97、2つのフォトダイオード40及び41、センサ部90、所定の光や音を出力する警告部92、接続端子99を示している。接続端子99は、バッテリー95およびケーブル96を介した外部装置400いずれにも接続可能である。接続端子99はUSB接続端子でもよい。
 第4実施形態では、第2実施形態に示したウェアラブル型、第3実施形態に示したポータブル型、いずれの装置にもなる。第4実施形態によれば、ウェアラブル型、ポータブル型の装置をそれぞれ別個に製造する必要がなく、工数と製造コストを削減することができる。
 図9は、本発明の第3実施形態に係る生体情報検出装置を、外部装置に取り付けた模式図である。生体情報測定装置100は、ケーブル96を介して、外部装置400と接続され、外部装置400から電力が供給されたり、外部装置400との間でデータ通信が実行されたりする。表示部を備える外部装置400であれば、生体情報測定装置100により得られた測定データが外部装置400に表示される構成をとる。本発明のセンサモジュール20は、小型化が実現されているため、厚みが薄く、相対的に本実施形態に係る生体情報測定装置100の筐体97も小型で薄くなる。このため、図8に示すように、本実施形態に係る生体情報測定装置100は、外部装置400の上面に備えることができ、被測定者の行動を制限せず、携帯性に優れる。
 図10及び図11は、本発明の生体情報測定装置を生体組織に装着固定するためのバンド部を示す模式図である。バンド部は、第1バンド部501及び第2バンド部502を備える。図10に示す第1バンド部501は、生体情報測定装置100を着脱自在に保持するとともに、生体組織に接触するように内部表面を備える。図10では、例えば、第1バンド部501の図に示す点線部分に生体情報測定装置100を格納できる穴部を備える。図11に示す第2バンド部502は、第1バンド部501の上に装着され、生体組織に接する面または直接漏れ込む光を遮蔽する伸縮性の遮光部材を備える。
 なお、図10及び図11では、生体の手首に巻いて装着するバンド型の生体情報測定装置100を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な生体情報測定装置100はこれに限られない。例えば、眼鏡のフレームに測定装置を格納した眼鏡型等の生体情報測定装置100に適用することも可能である。
 上記の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
 さらに、上記に記載した各実施形態、動作の構成は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であることはもちろんである。
 本出願は、2018年3月20日に出願された日本出願特願2018-052516号に基づく優先権を主張し、当該日本特許出願に記載されたすべての記載内容を援用する。
 10  生体
 11  血液
 20  センサモジュール
 21  発光素子
 22  受光素子
 30  信号処理部
 30  赤色LED
 31  赤外LED
 32  近赤外LED
 40  フォトダイオード
 41  フォトダイオード
 60  信号処理部
 62  信号取得部
 64  信号調整部
 66  信号制御部
 68  A/D変換回路
 69  マイクロコントローラ
 100 生体情報測定装置

Claims (11)

  1.  異なる波長の光を放射するN個(Nは3以上の整数)の発光素子と、前記発光素子から放射され、生体によって反射された前記異なる波長の光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力するN-1個の受光素子と、を備えるセンサモジュールと、
     前記受光素子からの出力信号の信号処理を実行し、生体情報を生成する信号処理部と、
    を備え、
     前記信号処理部は、前記受光素子からの出力信号の強度に基づいて、前記発光素子の発光量を制御する、マイクロコントローラを備える、生体情報測定装置。
  2.  前記マイクロコントローラは、前記受光素子からの出力信号の強度に基づいて、前記受光素子からの出力信号の増幅を制御する、請求項1に記載の生体情報測定装置。
  3.  前記N個の発光素子は、赤色の可視光を放射するLED、赤外光を放射するLEDまたは近赤外光を放射するLEDを含む、請求項1または2に記載の生体情報測定装置。
  4.  前記N-1個の受光素子は、赤色の可視光領域から赤外光領域または赤外光領域から近赤外光領域の波長の光の受光量に応じた信号を生成するフォトダイオードを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
  5.  前記センサモジュールは、
     第1波長の光を放射する第1発光素子と、
     第2波長の光を放射する第2発光素子と、
     第3波長の光を放射する第3発光素子と、
     前記第1発光素子および前記第2発光素子から放射され、生体によって反射された前記第1波長及び前記第2波長の光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力する第1受光素子と、
     前記第2発光素子および前記第3発光素子から放射され、生体によって反射された前記第2波長及び前記第3波長の光を受光し、受光量に応じた強度の信号を出力する第2受光素子と、を備え、
     前記マイクロコントローラは、前記第1受光素子及び前記第2受光素子からの出力信号の強度に基づいて、前記第1発光素子、前記第2発光素子及び前記第3発光素子の少なくとも1つの発光量を制御する、請求項1に記載の生体情報測定装置。
  6.  前記マイクロコントローラは、前記第1受光素子及び前記第2受光素子からの出力信号の強度に基づいて、前記第1受光素子及び前記第2受光素子からの出力信号の増幅を制御する、請求項5に記載の生体情報測定装置。
  7.  前記第1波長は、赤色の可視光領域の波長であり、前記第2波長は、赤外光領域の波長であり、前記第3波長は、近赤外光領域の波長であり、
     前記第1発光素子は赤色LEDであり、前記第2発光素子は赤外LEDであり、前記第3発光素子は近赤外LEDであり、
     前記第1受光素子は赤色の可視光領域から赤外光領域の波長の光を受光するフォトダイオードであり、前記第2受光素子は赤外光領域から近赤外光領域の波長の光を受光するフォトダイオードである、請求項5または6に記載の生体情報測定装置。
  8.  前記生体情報が、脈拍、血中酸素濃度及び血中グルコース濃度のうちの1つ以上を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
  9.  前記生体または外部の温度を検出する温度センサ、外部の湿度を検出する湿度センサ、外部の圧力を検出する圧力センサ、前記生体にかかる動きを検出する加速度センサ、ジャイロセンサ及び前記生体の電気皮膚反応(GSR)を検出するGSRセンサのうちの1つ以上を含むセンサ部と、
     外部装置と通信を行う通信部と、
     前記通信部により、前記センサ部による検出値を前記生体情報とともに、前記外部装置に送信させる制御部と、
    をさらに備える、請求項1~8のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。
  10.  前記制御部は、前記生体情報を閾値と比較して異常を検出し、
     前記制御部により異常が検出されると、光または音を出力するか、前記通信部を介して異常の通知信号を前記外部装置に送信する警告部を備える、請求項9に記載の生体情報測定装置。
  11.  前記生体の測定部位に、前記センサモジュールを装着するためのバンド部を備え、
     前記バンド部は、
     前記センサモジュールを保持し、前記センサモジュールが前記生体に接触する開口部が設けられた第1バンド部と、
     前記第1バンド部の外周に設けられ、前記生体と前記センサモジュール間へ漏れ込む光を遮蔽する第2バンド部と、を備える、請求項1~10のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。

     
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