JP4892616B2 - 生体情報検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体情報を測定して、生体の状態を監視する生体情報検出装置に関する。

従来から、動脈を含む生体組織に光を照射し、その光の動脈の拍動に応じた反射光や透過光の光量変化に基づく脈拍信号を出力し、その脈拍信号に基づき所定時間（例えば１分）における脈拍数を計測する脈拍計がある。このような光学的に脈拍を検出する場合、被検出者が安静状態であれば問題ないが、例えば手や指を動かすなどの動きがあると、この体動の影響を大きく受け、脈拍信号（パルス信号）内に脈拍と関係のないノイズが含まれてしまうという問題を解決するために、ノイズ等に起因する異常な脈拍信号に基づく脈拍信号の発生間隔の値を脈拍数の算出演算から除き、脈拍数の測定（算出）精度の低下を防止する脈拍計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−０２８１３９号公報

しかしながら、特許文献１に示す脈拍計にあっては、演算を終了した後にはノイズに関する情報が残っていないため、好条件のもとで測定された場合も、そうでない場合も、同様のデータとして扱われてしまうという問題がある。例えば、携帯型脈拍計のように、被測定者の状態により、常に好条件のもとで計測されるとは限らない場合、どのような状態で計測されたのかという情報は、結果を見る際に重要な情報となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、生体情報を測定したときの測定状態を判断することが可能な補助データを生体状態値に付加した情報に基づいて生体の状態を監視する生体情報検出装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被測定者の身体に取り付けて測定した生体状態値を、無線通信を介して所定の処理を行う生体情報処理サーバへ送信する生体情報検出装置であって、生体情報を所定時間測定する生体センサと、増幅率が可変であり、前記生体センサの出力を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段の増幅率を設定する増幅率設定手段と、前記生体センサの出力をＡ／Ｄ変換してサンプリングデータを得るＡ／Ｄ変換手段と、前記サンプリングデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されているサンプリングデータを周波数解析して、解析結果を前記記憶部に記憶する周波数解析手段と、前記記憶手段に記憶されている周波数解析結果から生体状態値を算出する生体状態値算出手段と、前記所定時間内における前記増幅率設定手段が設定した増幅率の平均増幅率を算出する平均増幅率算出手段と、前記生体状態値と前記平均増幅率を前記生体情報処理サーバに対して送信する通信手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、被測定者の身体に取り付けて測定した生体状態値を、無線通信を介して所定の処理を行う生体情報処理サーバへ送信する生体情報検出装置であって、生体情報を所定時間測定する生体センサと、前記生体センサが正しく装着されているか否かを検出する装着センサと、前記生体センサの出力をＡ／Ｄ変換してサンプリングデータを得るＡ／Ｄ変換手段と、前記サンプリングデータを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されているサンプリングデータを周波数解析して、解析結果を前記記憶部に記憶する周波数解析手段と、前記記憶手段に記憶されている周波数解析結果から生体状態値を算出する生体状態値算出手段と、前記装着センサの出力に基づいて、前記所定時間内における前記生体センサの装着率を算出する装着率算出手段と、前記生体状態値と前記生体センサの装着率を前記生体情報処理サーバに対して送信する通信手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、後に測定データを見る際に、補足データも同時に見ることで、信頼して良いデータなのかそうでないのかを判断することができる。また、所定のしきい値との比較結果に基づいて、再度測定するようにしたため、確実に信頼性の高い生体情報を測定することができるという効果が得られる。

本発明の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。 図１に示す生体情報検出装置２０の構成を示すブロック図である。 図１に示す生体情報検出装置２０の動作を示すフローチャートである。 図１に示す生体情報検出装置２０の動作を示すフローチャートである。 図２に示すしきい値テーブル１５の一例を示す説明図である。 ピークインターバルの算出方法を示す説明図である。 ＦＦＴ処理結果を示す説明図である。 データサンプリングのタイミングを示す説明図である。 本発明の他の実施形態の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態による生体情報検出装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の全体構成を示すブロック図である。この図において、符号２０は、予め決められた測定スケジュールに基づいて、脈拍を測定する腕時計型の生体情報検出装置である。符号２１は、生体情報検出装置２０において測定された生体情報を収集するサーバである。符号２２は、生体情報検出装置２０において測定された生体情報を無線通信を使用して受信し、サーバ２１へ受け渡す無線通信部である。

次に、図２を参照して、図１に示す生体情報検出装置２０の主要部の構成を説明する。図２は、図１に示す生体情報検出装置２０の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、腕時計型の生体情報検出装置２０が被測定者の腕に装着されている状態を検出する装着センサである。符号２は、装着センサ１の出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部である。符号３は、装着センサ１の出力に基づいて、所定時間内の装着率を算出する装着率算出部である。符号４は、被測定者の生体情報を検出する脈波センサであり、検出方式に応じて、光センサや圧電素子等の各種センサが使用される。符号５は、脈波センサ４の出力信号を増幅する増幅部であり、増幅率を任意に変更可能である。符号６は、増幅部５によって増幅した脈波センサ４の出力信号をデジタル値に変換して、サンプリングデータを得るＡ／Ｄ変換部である。符号７は、増幅部５の増幅率を設定する増幅率設定部である。符号８は、増幅率設定部７が設定した増幅率の平均値（平均ゲインという）を算出する平均ゲイン算出部である。符号９は、Ａ／Ｄ変換部６が出力するサンプリングデータを記憶する記憶部である。符号１０は、記憶部９に記憶されているサンプリングデータをＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を使用して周波数解析を行い、解析結果を記憶部９へ記憶するＦＦＴ処理部である。符号１１は、サンプリングデータの周波数解析の結果に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出部である。

符号１２は、サンプリングデータの周波数解析の結果に基づいて、サンプリングデータのＳＮ比を算出するＳ／Ｎ比算出部である。符号１３は、記憶部９に記憶されているサンプリングデータのピーク値を全て求め、求めた各ピーク値間の時間間隔のばらつきを算出するピークインターバル算出部である。符号１４は、算出したＳＮ比が所定のしきい値を超えているか否かに基づいて、算出した脈拍数の信頼性を判定する判定部である。符号１５は、算出したＳＮ比がしきい値を超えているか否かを判断するためのしきい値が予め記憶されたしきい値テーブルである。符号１６は、判定部１４の判定結果に応じて、警報を発する警報出力部である。符号１７は、判定部１４における信頼性の判定結果と算出した脈拍数とを関連つけて記憶する測定データ保存部である。符号１８は、無線通信部２２との間で情報通信を確立し、測定データ保存部１７に記憶されている信頼性の判定結果と算出した脈拍数とを送信するとともに、サーバ２１から測定スケジュールを受信する通信部である。

次に、図３を参照して、図１に示す生体情報検出装置２０が脈拍を測定する基本動作を説明する。図３は、図１に示す生体情報検出装置２０の基本動作を示すフローチャートである。まず、被測定者の腕に取り付けられた生体情報検出装置２０の電源を投入すると（ステップＳ１）、生体情報検出装置２０内の記憶部９及び測定データ保存部１７の初期化を行う（ステップＳ２）。続いて、通信部１８は、サーバ２１との間の通信を確立し、サーバ２１から現在の時刻データを受信することにより、サーバ２１と生体情報検出装置２０内のスケジュール管理用タイマ（図示せず）の時刻を同期させる（ステップＳ３）。

次に、通信部１８は、サーバ２１に対して、測定スケジュールの更新があるか否かを問い合わせ、更新がある場合は、測定スケジュールを受信する（ステップＳ４、Ｓ５）。ここでいう測定スケジュールとは、１日分の測定時刻からなるデータであり、例えば、「８：００、９：００、１０：００、・・・、２１：００」というように、脈拍を測定する時刻が定義されている。この測定スケジュールは、生体情報検出装置２０に備えたメモリに保持され、電源をＯＦＦにしても消去されず、測定スケジュールの更新がされるまで内容は変化しない。生体情報検出装置２０内のタイマは、現在時刻と測定スケジュールを照合して、測定時刻になった時に、脈拍の測定を行う（ステップＳ６、Ｓ７）。

次に、図４を参照して、図３に示す測定動作（ステップＳ７）の詳細を説明する。図４は、図３に示す測定動作（ステップＳ７）の詳細動作を示すフローチャートである。まず、測定時刻になった時点で、回路電源をＯＮにする（ステップＳ１１）。回路電源は、測定時以外はＯＦＦ状態となっており、スケジュール管理用タイマからの指示に基づいて、測定時刻になった時点でＯＮになる。

次に、増幅部５は、脈波センサ４の出力信号を読み込み、この出力信号を増幅してＡ／Ｄ変換部６へ出力する（ステップＳ１２）。Ａ／Ｄ変換部６は、増幅部５の出力信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換することにより、サンプリングデータを得る（ステップＳ１３）。このサンプリングデータは、記憶部９へ記憶する（ステップＳ１４）。

一方、増幅率設定部７は、Ａ／Ｄ変換後のサンプリングデータに基づいて、増幅部５の増幅率を調整するとともに、設定した増幅率を平均ゲイン算出部８へ出力する。これを受けて、平均ゲイン算出部８は、この増幅率を内部に保持する（ステップＳ１５）。

次に、ピークインターバル算出部１３は、記憶部９に記憶した最新のサンプリングデータがピーク値であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。この判定の結果、ピーク値であれば、このサンプリングデータの時間データを内部に保持する（ステップＳ１７）。ここでいう時間データとは、サンプリング開始からの経過時間であり、サンプリング間隔時間×（データの数−１）に相当する。そして、ピークインターバル算出部１３は、ピークインターバルを算出する（ステップＳ１８）
ここで、図６を参照して、ピークインターバルについて説明する。ピーク値とは、新たに得られたサンプリングデータの値が１つ前のサンプリングデータの値より小さく、かつ新たに得られたサンプリングデータの値が予め決められたしきい値より大きい場合のサンプリングデータのことである。ピークインターバルは、このピーク値間の時間である。図６の例では、２つのピーク値が存在し、この間の時間がピークインターバルである。

このステップＳ１２〜Ｓ１８の処理を所定のサンプリング周期（８Ｈｚ：１２５ｍｓ間隔）で所定時間（例えば１６秒）だけ繰り返し実行する（ステップＳ１９）と、記憶部９には、１２８個のサンプリングデータが記憶され、ピークインターバル算出部１３内には、各ピーク値間のピークインターバルが保持され、平均ゲイン算出部８内には、増幅率の設定値が保持されたことになる。

次に、平均ゲイン算出部８は、内部に保持された増幅率の設定値の平均を算出することにより平均ゲインデータを求め（ステップＳ２０）、この平均ゲインデータを判定部１４へ出力する。判定部１４は、入力した平均ゲインデータと所定のしきい値（例えば、「５」）と比較し（ステップＳ２１）、しきい値を超える場合は、取得したサンプリングデータは信頼性が低いと判断し、再度測定を指示する指示信号を増幅部５及びＡ／Ｄ変換部６に対して出力する。これにより、改めて測定処理が実行される。

一方、平均ゲインがしきい値を超えていない場合、判定部１４は、ＦＦＴ処理部１０に対して、周波数解析実行の指示信号を出力する。これを受けて、ＦＦＴ処理部１０は、記憶部９に記憶されているサンプリングデータの周波数解析を実行する（ステップＳ２２）。これにより、サンプリングデータの主成分の周波数が得られる。ＦＦＴ処理部１０は、得られた周波数解析の結果を記憶部９に記憶する。

次に、脈拍数算出部１１は、周波数解析処理が終了した時点で、記憶部９に記憶されているサンプリングデータの主成分の周波数の値から脈拍数を算出して、判定部１４へ出力する（ステップＳ２３）。これと並行して、Ｓ／Ｎ比算出部１２は、周波数解析処理が終了した時点で、周波数解析の結果からＳＮ比を算出して、判定部１４へ出力する（ステップＳ２４）。ＦＦＴ処理部１０が解析した周波数解析結果は、図７に示すようになる。ＳＮ比の算出は、（脈信号に相当する基線（符号Ａ）とその前後の基線（符号Ｂ、Ｃ）の高さの和）を（全基線の高さの和）で除算して求める。また、ピークインターバル算出部１３は、内部に保持しているピークインターバルの値のばらつきを算出して（ステップＳ２５）、判定部１４へ出力する。また、装着率算出部３は、装着センサ１の出力信号をＡ／Ｄ変換したデータから装着率を算出して、判定部１４へ出力する。これにより、判定部１４には、平均ゲインのデータ、脈拍数のデータ、ＳＮ比のデータ、ピークインターバル値のばらつきのデータ及び装着率のデータが入力されたことになる。

次に、判定部１４は、ＳＮ比の判定を行う（ステップＳ２６）。このとき判定部１４は、しきい値テーブル１５に記憶されているしきい値とＳＮ比を比較して、ＳＮ比がしきい値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２７）。そして、ＳＮ比がしきい値より大きい場合は、算出した脈拍数の信頼性は高いと判断し、ＳＮ比がしきい値より小さい場合は、算出した脈拍数の信頼性は低いと判断する。

ここで、図５を参照して、しきい値テーブル１５に記憶されているしきい値について説明する。しきい値テーブル１５には、４つのしきい値テーブル（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）が予め記憶されている。

図５（ａ）に示すしきい値テーブルは、ピークインターバルのばらつきが大きくなるほどＳＮ比のしきい値が小さくなるように定義され、さらに、平均ゲインＧが「０、１、２」の場合と、「３、４」の場合で異なるカーブが定義されている。

図５（ｂ）に示すしきい値テーブルは、脈拍数が大きくなるほどＳＮ比のしきい値も大きくなるように定義され、さらに、平均ゲインＧが「０、１、２」の場合と、「３、４」の場合で異なるしきい値が定義されている。

図５（ｃ）に示すしきい値テーブルは、ピークインターバルのばらつきが大きくなるほどＳＮ比のしきい値が小さくなるように定義され、さらに、平均装着率が９８％以上の場合と、９５〜９８％の場合で異なるしきい値が定義されている。

図５（ｄ）に示すしきい値テーブルは、脈拍数が大きくなるほどＳＮ比のしきい値も大きくなるように定義され、さらに、平均装着率が９８％以上の場合と、９５〜９８％の場合で異なるしきい値が定義されている。

判定部１４は、しきい値判定に使用するしきい値テーブルをサーバ２１からの指示に基づいて選択し、選択したしきい値テーブルを参照して、ＳＮ比の判定を行う。例えば、使用するしきい値テーブルが、図５に示す（ｂ）のテーブルであれば、入力された脈拍数と平均ゲインの値に対応するＳＮ比のしきい値を読み出し、このしきい値と算出したＳＮ比との大小比較を行い、信頼性の判定を行う。

次に、判定部１４は、信頼性が低いと判断した場合、警報出力部１６に対して、警報を発する指示信号を出力する。これを受けて、警報出力部１６は警報音を発する。この警報音は、被測定者に対して脈波センサ４を肌に密着させることを促すものである。また、判定部１４は、信頼性が低いと判断した場合に、再度測定を指示する指示信号を増幅部５及びＡ／Ｄ変換部６に対して出力する。これにより、改めて測定処理が実行される。

一方、信頼性が高いと判断した場合、判定部１４は、入力された平均ゲインのデータ、脈拍数のデータ、ＳＮ比のデータ、ピークインターバル値のばらつきのデータ及び装着率のデータと、信頼性が高いことを示す情報と、測定時刻を関連つけて測定データ保存部１７へ保存する。通信部１８は、測定データ保存部１７へデータが保存されたのを受けて、サーバ２１との間の通信を確立し、測定データ保存部１７に保存されているデータをサーバ２１へ送信する（ステップＳ２８）。そして、回路電源をＯＦＦにする（ステップＳ２９）。

次に、図９を参照して、他の実施形態を説明する。図９に示す構成は、判定部１４、しきい値テーブル１５、警報出力部１６及び測定データ保存部１７をサーバ２１内に備えたものである。生体情報検出装置２０は、算出した脈拍数、ＳＮ比、ピークインターバルのばらつき、平均ゲインを通信部１８を介してサーバ２１へ送信する。サーバ２１では、受信した脈拍数、ＳＮ比、ピークインターバルのばらつき、平均ゲインに基づいて、脈拍数の信頼性を判断する。この場合、生体情報検出装置２０内にも警報出力部を備え、信頼性が低いと判断し、再度測定を行う場合には、サーバ２１から生体情報検出装置２０内の警報出力部に対して警報音を発する指示を出すようにしてもよい。この他詳細な動作は前述した動作と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

このように、後に測定データを見る際に、補足データも同時に見ることで、信頼して良いデータなのかそうでないのかを、判断することができる。例えば測定値が急変した場合、補足データも急変しているようであれば、測定条件が悪かったと判断することができる。

なお、図４に示すステップＳ２０、Ｓ２１において、平均ゲインの値に基づいて、再度測定を行うか否かを判定するようにしたが、装着率に基づき、装着率が低い場合に再度測定を行うようにしてもよい。

また、しきい値テーブル１５には、４つの全てのテーブルを備えている必要はなく、必要なテーブルのみを記憶しておくようにしてもよい。このとき、判定部１４へ入力するデータも必要なもののみを入力すればよいため、図２に示す構成要素全てを生体情報検出装置２０内備えている必要はなく、判定に必要なデータを得るための必要最小限の構成を備えていればよい。

また、判定結果に基づいて、再度測定する場合、図８に示すように、１回目のサンプリングデータのうち、先頭の４秒分を削除し、２回目の測定は、不足した４秒分のみを測定するようにしてもよい。さらに、３回目の測定時においても、不足した４秒分のみを測定すればよい。このようにすることにより、再測定時の電源電力消費を抑えることが可能となる。

また、前述した実施形態では、脈拍数を測定する例を使用して説明したが、脈拍数に限らず、他の生体に関する状態を測定するようにしてもよい。

また、図２における各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより生体情報検出処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・装着センサ、２・・・Ａ／Ｄ変換部、３・・・装着率算出部、４・・・脈波センサ、５・・・増幅部、６・・・Ａ／Ｄ変換部、７・・・増幅率設定部、８・・・平均ゲイン算出部、９・・・記憶部、１０・・・ＦＦＴ処理部、１１・・・脈拍数算出部、１２・・・Ｓ／Ｎ比算出部、１３・・・ピークインターバル算出部、１４・・・Ｓ／Ｎ比判定部、１５・・・しきい値テーブル、１６・・・警報出力部、１７・・・測定データ保存部、１８・・・通信部、１９・・・通信部、２０・・・生体情報検出装置、２１・・・サーバ、２２・・・無線通信部

Claims (2)

1. 被測定者の身体に取り付けて測定した生体状態値を、無線通信を介して所定の処理を行う生体情報処理サーバへ送信する生体情報検出装置であって、
   生体情報を所定時間測定する生体センサと、
   増幅率が可変であり、前記生体センサの出力を増幅して出力する増幅手段と、
   前記増幅手段の増幅率を設定する増幅率設定手段と、
   前記生体センサの出力をＡ／Ｄ変換してサンプリングデータを得るＡ／Ｄ変換手段と、 前記サンプリングデータを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されているサンプリングデータを周波数解析して、解析結果を前記記憶部に記憶する周波数解析手段と、
   前記記憶手段に記憶されている周波数解析結果から生体状態値を算出する生体状態値算出手段と、
   前記所定時間内における前記増幅率設定手段が設定した増幅率の平均増幅率を算出する平均増幅率算出手段と、
   前記生体状態値と前記平均増幅率を前記生体情報処理サーバに対して送信する通信手段と
   を備えたことを特徴とする生体情報検出装置。
2. 被測定者の身体に取り付けて測定した生体状態値を、無線通信を介して所定の処理を行う生体情報処理サーバへ送信する生体情報検出装置であって、
   生体情報を所定時間測定する生体センサと、
   前記生体センサが正しく装着されているか否かを検出する装着センサと、
   前記生体センサの出力をＡ／Ｄ変換してサンプリングデータを得るＡ／Ｄ変換手段と、 前記サンプリングデータを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されているサンプリングデータを周波数解析して、解析結果を前記記憶部に記憶する周波数解析手段と、
   前記記憶手段に記憶されている周波数解析結果から生体状態値を算出する生体状態値算出手段と、
   前記装着センサの出力に基づいて、前記所定時間内における前記生体センサの装着率を算出する装着率算出手段と、
   前記生体状態値と前記生体センサの装着率を前記生体情報処理サーバに対して送信する通信手段と
   を備えたことを特徴とする生体情報検出装置。

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