JP5392919B2

JP5392919B2 - Biological information measuring apparatus and biological information measuring method

Info

Publication number: JP5392919B2
Application number: JP2010143090A
Authority: JP
Inventors: 孝規清倉; 勇一岡部; 一彦新藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: JP2012005598A

Description

本発明は、生体からの散乱光を利用して生体の情報をモニタする装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for monitoring living body information using scattered light from a living body.

高齢化社会を迎え、自らの体力を保持して健康を増進したいという人々が増えている。特に、運動を行った場合に脈拍数が増加するが、あまり増加しすぎると心臓に負担がかかり、危険な場合もあるため運動中の脈拍数を知りたいという需要が多い。脈拍数測定ではＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた光電脈波計測による脈拍数計が手軽であるということもありよく使用される。また、専門的な医療技術者が用いる血流量を測定する装置としてレーザ血流計が注目されている（例えば、非特許文献１および非特許文献２を参照。）。 An increasing number of people want to improve their health while maintaining their physical strength in an aging society. In particular, when exercising, the pulse rate increases, but if it increases too much, there is a great demand for knowing the pulse rate during exercising because there is a burden on the heart and it may be dangerous. In pulse rate measurement, a pulse rate meter based on photoelectric pulse wave measurement using an LED (light emitting diode) is often used because it is easy. Further, a laser blood flow meter has attracted attention as an apparatus for measuring a blood flow used by a professional medical technician (see, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

特開２００２−３３０９３６号公報JP 2002-330936 A 特開２００８−２７８９９３号公報JP 2008-278993 A

Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｉｓｓｕｅｂｌｏｏｄｆｌｏｗｂｙｌａｓｅｒ−Ｄｏｐｐｌｅｒｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＭＩＣＨＡＥＬＤ．ＳＴＥＲＮＥＴＡＬContinuous measurement of tissue flow by by laser-Doppler spectroscopy, MICHAEEL D.E. STERN ET AL 「常時携帯可能な超小型レーザ血流計」ＮＴＴ技術ジャーナル２００５年１１月号清倉ほか"Ultra-compact laser blood flow meter that can always be carried" NTT Technical Journal, November 2005 issue Kiyokura et al.

ＬＥＤなどのインコヒーレント光源を用いた従来の光電脈波計測装置は、次のような課題を有している。 A conventional photoelectric pulse wave measuring apparatus using an incoherent light source such as an LED has the following problems.

まず、従来の光電脈波計測装置は背景光の影響を受けやすい。例えば、太陽光などの強度が強い背景光が存在すると、光源の光による光電脈波の波形が背景光の信号に埋もれ、光電脈波の波形を正確に取得することが難しくなる。また、屋内でも５０Ｈｚの商用電源周波数による照明光が存在すれば、光源の光による光電脈波の波形に照明光の変動が重畳するため、光電脈波の波形を正確に取得することが難しくなる。 First, conventional photoelectric pulse wave measuring devices are susceptible to background light. For example, when there is strong background light such as sunlight, the waveform of the photoelectric pulse wave due to the light from the light source is buried in the signal of the background light, making it difficult to accurately acquire the waveform of the photoelectric pulse wave. In addition, if illumination light with a commercial power supply frequency of 50 Hz exists indoors, fluctuations in illumination light are superimposed on the waveform of the photoelectric pulse wave caused by the light from the light source, making it difficult to accurately acquire the waveform of the photoelectric pulse wave. .

次に、従来の光電脈波計測装置は振動の影響を受けやすい。例えば、被検体が歩行等の運動をしていると、その振動による加速度１Ｈｚ程度の波形が光源の光による光電脈波の波形に重畳するため、光電脈波の波形を正確に取得することが難しくなる。 Next, conventional photoelectric pulse wave measuring devices are susceptible to vibration. For example, when the subject is moving such as walking, a waveform with an acceleration of about 1 Hz due to the vibration is superimposed on the waveform of the photoelectric pulse wave generated by the light from the light source, so that the waveform of the photoelectric pulse wave can be accurately acquired. It becomes difficult.

このように従来の光電脈波計測装置は、背景光や振動の影響を受けやすく、光電脈波の波形から得られる情報、例えば脈拍数などの精度に課題があった。 Thus, the conventional photoelectric pulse wave measuring device is easily affected by background light and vibration, and there is a problem in the accuracy of information obtained from the waveform of the photoelectric pulse wave, for example, the pulse rate.

さらに、従来のレーザ血流計は、上記課題の他に、計算量が多い高速フーリエ変換と積分ができる高機能な高価なＬＳＩを必要としており経済性にも課題があった。 Furthermore, in addition to the above-described problems, the conventional laser blood flow meter requires a high-performance and expensive LSI capable of performing high-speed Fourier transform and integration with a large amount of calculation.

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、背景光や振動の影響を受け難く、測定精度及び経済性の高い生体情報計測装置及び生体情報計測方法を提供することを目的とする。 Accordingly, in order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a biological information measuring device and a biological information measuring method that are not easily affected by background light and vibration and have high measurement accuracy and economy.

上記目的を達成するために、本発明に係る生体情報計測装置及び生体情報計測方法は、生体に向けて出射した出射光によって発生した、血流量を反映して強度が時間変動する散乱光を受光し、散乱光の受光強度をサンプリングし、離散フーリエ変換の数式を用いて、サンプリングした受光強度から特定の周波数のみにおけるパワー値を算出し、算出されたパワー値の時間変動に基づき脈波形または脈拍数を求めることとした。 In order to achieve the above object, a biological information measuring apparatus and a biological information measuring method according to the present invention receive scattered light, which is generated by outgoing light emitted toward a living body, and whose intensity varies with time reflecting the blood flow. Then, the received light intensity of the scattered light is sampled, the power value at a specific frequency is calculated from the sampled received light intensity using the discrete Fourier transform formula, and the pulse waveform or pulse is calculated based on the time variation of the calculated power value. We decided to ask for a number.

具体的には、本発明に係る生体情報計測装置は、被検体に照射された光が前記被検体で散乱した散乱光を受光して前記散乱光の光強度を電気信号として出力するセンサ部と、前記センサ部が出力する電気信号をサンプリングし、前記散乱光に含まれるビート信号のパワースペクトルのうち特定のドップラーシフト周波数について、前記特定のドップラーシフト周波数のパワーと前記特定のドップラーシフト周波数との積を演算する演算部と、前記演算部が演算した前記積の時間変動から前記被検体の脈拍数を算出する脈拍数変換部と、を備える。 Specifically, the biological information measuring apparatus according to the present invention includes a sensor unit that receives scattered light scattered by the subject and that outputs light intensity of the scattered light as an electrical signal. The electrical signal output from the sensor unit is sampled, and the power of the specific Doppler shift frequency and the specific Doppler shift frequency are determined for a specific Doppler shift frequency in the power spectrum of the beat signal included in the scattered light. A calculation unit that calculates a product; and a pulse rate conversion unit that calculates a pulse rate of the subject from time variation of the product calculated by the calculation unit.

また、本発明に係る生体情報計測方法は、被検体に照射された光が前記被検体で散乱した散乱光を受光して前記散乱光の光強度を電気信号として出力し、前記電気信号をサンプリングし、前記散乱光に含まれるビート信号のパワースペクトルのうち特定のドップラーシフト周波数について、前記特定のドップラーシフト周波数のパワーと前記特定のドップラーシフト周波数との積を演算し、前記積の時間変動から前記被検体の脈拍数を算出する。 Further, the biological information measuring method according to the present invention receives scattered light scattered by the subject with light applied to the subject, outputs the light intensity of the scattered light as an electrical signal, and samples the electrical signal. And calculating a product of the power of the specific Doppler shift frequency and the specific Doppler shift frequency for a specific Doppler shift frequency in the power spectrum of the beat signal included in the scattered light, The pulse rate of the subject is calculated.

本発明は、特定の周波数を、背景光や振動の影響を受けない周波数とすることで、これらの影響を排除でき、生体情報の測定精度を向上させることができる。また、本発明は、特定の周波数のデータのみ計算すればよいため、高機能なＬＳＩを不要とすることができる。 In the present invention, by setting the specific frequency to a frequency that is not affected by background light or vibration, these effects can be eliminated, and the measurement accuracy of biological information can be improved. Further, according to the present invention, since only data of a specific frequency needs to be calculated, a highly functional LSI can be dispensed with.

従って、本発明は、背景光や振動の影響を受け難く、測定精度及び経済性の高い生体情報計測装置及び生体情報計測方法を提供することができる。 Therefore, the present invention can provide a biological information measuring device and a biological information measuring method that are hardly affected by background light and vibration, and have high measurement accuracy and economy.

本発明に係る生体情報計測装置及び生体情報計測方法は、前記被検体を照射する光がコヒーレント光であることを特徴とする。 The biological information measuring apparatus and the biological information measuring method according to the present invention are characterized in that the light that irradiates the subject is coherent light.

本発明は、計算量を省略することができるため、低価格のレーザ血流計を提供することができる。レーザ光の干渉成分を検出するため、太陽光などのインコヒーレント光源の影響を避けることができる。 Since the calculation amount can be omitted, the present invention can provide a low-cost laser blood flow meter. Since the interference component of the laser beam is detected, the influence of an incoherent light source such as sunlight can be avoided.

本発明に係る生体情報計測装置及び生体情報計測方法は、前記特定のドップラーシフト周波数が、５ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下であること特徴とする。 The biological information measuring apparatus and the biological information measuring method according to the present invention are characterized in that the specific Doppler shift frequency is 5 kHz or more and 10 kHz or less.

特定の周波数が５ｋＨｚ以上であれば、背景光や振動の影響を低減できる。また、血流によるドップラーシフト周波数は１０ｋＨｚ程度までである。 If the specific frequency is 5 kHz or more, the influence of background light and vibration can be reduced. Further, the Doppler shift frequency due to blood flow is up to about 10 kHz.

本発明に係る生体情報計測装置及び生体情報計測方法は、前記特定のドップラーシフト周波数の４倍のサンプリング周波数で前記電気信号をサンプリングすることを特徴とする。 The biological information measuring apparatus and the biological information measuring method according to the present invention are characterized in that the electrical signal is sampled at a sampling frequency four times the specific Doppler shift frequency.

離散フーリエ変換の式より、サンプリング周波数の４分の１の周波数の項は足し算と引き算と掛け算だけであり、より簡単に生体情報を求めることができる。 From the discrete Fourier transform equation, the term of the quarter of the sampling frequency is only addition, subtraction, and multiplication, and biological information can be obtained more easily.

本発明に係る生体情報計測装置及び生体情報計測方法は、過去にサンプリングした前記電気信号のデータも用いて前記積を演算することを特徴とする。 The biological information measuring apparatus and the biological information measuring method according to the present invention are characterized in that the product is calculated using data of the electrical signal sampled in the past.

移動平均化もあわせておこなうことができるので、より変動の少ない脈波形を得ることができる。 Since moving averaging can be performed together, a pulse waveform with less fluctuation can be obtained.

本発明は、背景光や振動の影響を受け難く、測定精度及び経済性の高い生体情報計測装置及び生体情報計測方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a biological information measuring device and a biological information measuring method that are not easily affected by background light and vibration and have high measurement accuracy and economy.

本発明に係る生体情報測定装置を説明する図である。It is a figure explaining the biological information measuring device concerning the present invention. 本発明に係る生体情報測定装置を説明する図である。It is a figure explaining the biological information measuring device concerning the present invention. 血流信号のパワースペクトルと周波数の積のグラフである。It is a graph of the product of the power spectrum and frequency of a blood-flow signal. センサチップを説明する図である。It is a figure explaining a sensor chip.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。また、各実施形態に係る生体情報測定装置の構成を示す図において、電源、あるいは全体の動作を制御する制御部などの通常の技術により実現できる部分は図示していない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in the figure which shows the structure of the biological information measuring device which concerns on each embodiment, the part which can be implement | achieved by normal techniques, such as a power supply or a control part which controls the whole operation | movement, is not shown in figure. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

図１は、本実施形態の生体情報測定装置３０１を説明する図である。生体情報測定装置３０１は、生体１に向けて出射光を出射する発光素子３と、発光素子３からの出射光によって生体１（被検体）で発生する散乱光を受光して光電流を出力する受光素子７と、受光素子７からドップラーシフト周波数帯にある光電流の強度の時間変動を抽出して信号に変換する駆動測定回路８と、駆動測定回路８からの信号を受けて脈拍数を表示する脈拍数表示手段１５とを備える。生体１は、例えば、人又は動物である。発光素子３としては、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ光源や面発光レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）がある。受光素子７としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタがある。 FIG. 1 is a diagram illustrating a biological information measuring device 301 according to this embodiment. The biological information measuring device 301 receives a light emitting element 3 that emits outgoing light toward the living body 1 and scattered light generated in the living body 1 (subject) by the outgoing light from the light emitting element 3 and outputs a photocurrent. The light receiving element 7, the drive measuring circuit 8 that extracts the time variation of the intensity of the photocurrent in the Doppler shift frequency band from the light receiving element 7 and converts it into a signal, and receives the signal from the drive measuring circuit 8 to display the pulse rate And a pulse rate display means 15. The living body 1 is, for example, a person or an animal. Examples of the light emitting element 3 include a distributed feedback (DFB) semiconductor laser light source and a surface emitting laser diode (VCSEL). Examples of the light receiving element 7 include a photodiode and a phototransistor.

生体情報測定装置３０１の駆動測定回路８は、専用ＬＳＩであることが好ましい。生体情報測定装置３０１は、利用者に脈拍数情報を提供することができる。生体情報測定装置３０１の詳細について、具体例を図示して以下説明する。 The drive measurement circuit 8 of the biological information measurement apparatus 301 is preferably a dedicated LSI. The biological information measuring device 301 can provide pulse rate information to the user. Details of the biological information measuring apparatus 301 will be described below with reference to specific examples.

図２は、生体情報測定装置３０１をより詳細に説明する図である。生体情報測定装置３０１は、被検体に照射された光が前記被検体で散乱した散乱光を受光して前記散乱光の光強度を電気信号として出力するセンサ部４と、センサ部４が出力する電気信号をサンプリングし、前記散乱光に含まれるビート信号のパワースペクトルのうち特定のドップラーシフト周波数について、前記特定のドップラーシフト周波数のパワーと前記特定のドップラーシフト周波数との積を演算する演算部１０と、演算部１０が演算した前記積の時間変動から前記被検体の脈拍数を算出する脈拍数変換部１１と、を備える。 FIG. 2 is a diagram for explaining the biological information measuring apparatus 301 in more detail. The biological information measuring device 301 receives the scattered light scattered by the subject with the light irradiated on the subject and outputs the light intensity of the scattered light as an electrical signal, and the sensor unit 4 outputs the light. An arithmetic unit 10 that samples an electric signal and calculates a product of the power of the specific Doppler shift frequency and the specific Doppler shift frequency for a specific Doppler shift frequency in the power spectrum of the beat signal included in the scattered light. And a pulse rate conversion unit 11 that calculates the pulse rate of the subject from the time variation of the product calculated by the calculation unit 10.

生体情報測定装置３０１は、センサ部４、駆動測定回路８及び脈拍数表示手段１５を備える。センサ部４は、センサチップ５及び増幅器６を有する。また、駆動測定回路８は、信号調整部９、演算部１０、脈拍数変換部１１、ＬＤドライバ１２、記録用信号出力端子１３及び表示用信号出力端子１４を有する。 The biological information measuring device 301 includes a sensor unit 4, a drive measurement circuit 8, and a pulse rate display means 15. The sensor unit 4 includes a sensor chip 5 and an amplifier 6. The drive measurement circuit 8 includes a signal adjustment unit 9, a calculation unit 10, a pulse rate conversion unit 11, an LD driver 12, a recording signal output terminal 13, and a display signal output terminal 14.

本実施形態の発光素子３は、前記被検体を照射する光がコヒーレント光となる半導体レーザとして説明する。生体情報測定装置３０１は、レーザ光の干渉成分を検出するため、太陽光などのインコヒーレント光源の影響を避けることができる。 The light emitting element 3 of the present embodiment will be described as a semiconductor laser in which the light that irradiates the subject is coherent light. Since the biological information measuring device 301 detects the interference component of the laser light, the influence of an incoherent light source such as sunlight can be avoided.

センサチップ５は、図４のように半導体基板上に発光素子３及び受光素子７が集積化されたものであり（例えば、特許文献１を参照。）、光源及び受光素子としての機能を有する。増幅器６は、センサチップ５の受光素子７が受光した生体１からの散乱光を増幅する。生体情報測定装置３０１は、センサチップ５と増幅器６とを一体化してセンサ部４としており、小型化及び省電力化を図り、生体１に容易に装着できる形状とすることが可能である。 The sensor chip 5 has a light emitting element 3 and a light receiving element 7 integrated on a semiconductor substrate as shown in FIG. 4 (see, for example, Patent Document 1), and has a function as a light source and a light receiving element. The amplifier 6 amplifies the scattered light from the living body 1 received by the light receiving element 7 of the sensor chip 5. The biological information measuring device 301 integrates the sensor chip 5 and the amplifier 6 to form the sensor unit 4, which can be reduced in size and power consumption, and can be shaped to be easily attached to the living body 1.

ＬＤドライバ１２は、センサ部４を駆動し、発光素子３に出射光を出射させる。信号調整部９は、センサ部４が受光した生体１からの散乱光量に依存しないように血流信号の大きさを規格化する。演算部１０は、センサ部４からの光電流の時間軸波形を測定して血流量を特徴づける値を求め、脈波形として出力する。その結果を脈拍数変換部１１、記録用信号出力端子１３及び表示用信号出力端子１４に出力する。ここで、演算部１０は、脈波形の微分等の信号に関する量を算出しても良い。脈拍数変換部１１は、演算部１０からの信号を脈拍数に変換する。また、脈拍数変換部１１で変換された脈拍数は、脈拍数表示手段１５から出力される。 The LD driver 12 drives the sensor unit 4 to cause the light emitting element 3 to emit outgoing light. The signal adjustment unit 9 normalizes the size of the blood flow signal so as not to depend on the amount of scattered light from the living body 1 received by the sensor unit 4. The calculation unit 10 measures the time-axis waveform of the photocurrent from the sensor unit 4 to obtain a value characterizing the blood flow, and outputs it as a pulse waveform. The result is output to the pulse rate conversion unit 11, the recording signal output terminal 13, and the display signal output terminal 14. Here, the calculating part 10 may calculate the quantity regarding signals, such as differentiation of a pulse waveform. The pulse rate conversion unit 11 converts the signal from the calculation unit 10 into a pulse rate. The pulse rate converted by the pulse rate conversion unit 11 is output from the pulse rate display means 15.

記録用信号出力端子１３には、電磁的、磁気的または光学的な記録手段を接続し、脈波形を記録しても良い。また、表示用信号出力端子１４には、ディスプレイ等の出力手段を接続し、脈波形を表示しても良い。 The recording signal output terminal 13 may be connected to an electromagnetic, magnetic or optical recording means to record a pulse waveform. The display signal output terminal 14 may be connected to output means such as a display to display the pulse waveform.

次に、演算部１０が行う演算方法を説明する。図３は、生体１として人体を通過したレーザ光の強度変動のフーリエ変換から算出されたパワースペクトルである。ここでパワーとは強度変動をフーリエ変換した振幅の絶対値の二乗である。図３の横軸は、発光素子３からの光が生体１の静止した組織で散乱した光と血球で散乱した光とで生じるビート信号に含まれるドップラーシフト周波数を示している。図３の縦軸はドップラーシフト周波数とその周波数におけるパワーとの積である。ドップラーシフト周波数×パワーのプロットにおいて、ドップラーシフト周波数×パワーのカーブと横軸と成す面積は血流量に比例している（非特許参考文献２を参照。）。図３は、安静時（血流があるとき）と疎血時（血流を止めたとき）のドップラーシフト周波数×パワーのカーブを示している。安静時と疎血時とで血流量の差が大きく、このため、両者のドップラーシフト周波数×パワーのカーブの成す面積の差も大きい。 Next, a calculation method performed by the calculation unit 10 will be described. FIG. 3 is a power spectrum calculated from the Fourier transform of the intensity fluctuation of the laser beam that has passed through the human body as the living body 1. Here, power is the square of the absolute value of the amplitude obtained by Fourier transforming the intensity fluctuation. 3 represents the Doppler shift frequency included in the beat signal generated by the light scattered from the stationary tissue of the living body 1 and the light scattered by the blood cells. The vertical axis in FIG. 3 is the product of the Doppler shift frequency and the power at that frequency. In the Doppler shift frequency × power plot, the area formed by the Doppler shift frequency × power curve and the horizontal axis is proportional to the blood flow (see Non-Patent Reference 2). FIG. 3 shows a Doppler shift frequency × power curve at rest (when blood flow is present) and anemic (when blood flow is stopped). There is a large difference in blood flow between resting and anemic. For this reason, there is also a large difference in the area formed by the curve of the Doppler shift frequency × power of both.

心臓の拍動によって血流量が変動するが、図３のグラフにおいてはカーブの面積変動となってあらわれる。血流によるドップラーシフト周波数は１０ｋＨｚ程度まで存在しているため、血流量の算出には、２５Ｈｚから１０ｋＨｚ程度まで周波数×パワーのカーブと横軸と成す面積の総和（上述した面積）を求める必要がある。しかし、拍動の時間変化を知るためだけであれば、このカーブの代表点（例えば５ｋＨｚ）の値の時間変動を知ればよい。通常の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを用いると、時系列データの点数と同じ数の成分データの値が求まるが、求める点数が特定のドップラーシフト周波数１点だけであれば、計算を大幅に省略することが可能である。以下にそれを示す。 The blood flow varies with the pulsation of the heart, but in the graph of FIG. Since the Doppler shift frequency due to blood flow exists up to about 10 kHz, it is necessary to calculate the sum of the area formed by the frequency x power curve and the horizontal axis (the above-mentioned area) from 25 Hz to about 10 kHz for the calculation of blood flow. is there. However, if it is only to know the time change of pulsation, it is only necessary to know the time variation of the value of the representative point (for example, 5 kHz) of this curve. If a normal fast Fourier transform (FFT) algorithm is used, the same number of component data values as the number of points of time series data can be obtained, but if the number of points to be obtained is only one specific Doppler shift frequency, the calculation is greatly omitted. Is possible. This is shown below.

時系列データをｘ_ｋとすると、離散フーリエ変換は以下の級数で表される。

ここで、ｋ（０〜Ｎ−１）：データ番号、Ｎ：データ総数である。 When the time series data and x _k, the discrete Fourier transform is expressed by the following series.

Here, k (0 to N-1): data number, N: total number of data.

演算部１０は、特定のドップラーシフト周波数の４倍のサンプリング周波数で信号調整部９からの電気信号をサンプリングする。離散フーリエ変換の式より、サンプリング周波数の４分の１の周波数の項は足し算と引き算と掛け算だけで簡単に求めることができる。よって、例えば、特定のドップラーシフト周波数５ｋＨｚにおける値１個のみが求まればよい場合には、サンプリング周波数を２０ｋＨｚ（５０μｓ）とすればよい。 The calculation unit 10 samples the electrical signal from the signal adjustment unit 9 at a sampling frequency four times the specific Doppler shift frequency. From the discrete Fourier transform equation, the frequency term that is a quarter of the sampling frequency can be obtained simply by addition, subtraction, and multiplication. Therefore, for example, when only one value at a specific Doppler shift frequency of 5 kHz needs to be obtained, the sampling frequency may be set to 20 kHz (50 μs).

まず、２５６個の時系列データｘ_ｋを用いて毎秒４０回（２５ミリ秒毎）計算を行う場合を考える。５ｋＨｚにおける値１個のみが求まればよい場合は、ｊ＝６４（＝２５６×５ｋＨｚ／２０ｋＨｚ）の項のみになるので下記のように簡単になる。

First, 40 times per second using a 256 time-series data _{x k} (every 25 milliseconds) Consider the case of calculating perform. When only one value at 5 kHz needs to be obtained, since only j = 64 (= 256 × 5 kHz / 20 kHz) is obtained, the following is simplified.

パワーの値は、ｆ_６４の絶対値の二乗から求められる。

さらにｊ（＝６４）との積を求めることにより、５ｋＨｚにおける周波数×パワーは以下のように求められる。このように２５６個の値の足し算と引き算および掛け算のみで算出可能であり複素数は考慮しなくともよい。

このように５ｋＨｚの成分の時間変動を２５ミリ秒ごと（毎秒４０回）計算する事によって、血流量を計算せずに、時間軸波形データから脈波形を求めることができる。さらに脈波形から脈拍数や、加速度脈波等の情報を得ることができる。 The value of the power is determined from the square of the absolute value of f _64.

Further, by obtaining the product of j (= 64), the frequency × power at 5 kHz is obtained as follows. Thus, it is possible to calculate only by adding, subtracting, and multiplying 256 values, and complex numbers need not be considered.

Thus, by calculating the time fluctuation of the 5 kHz component every 25 milliseconds (40 times per second), the pulse waveform can be obtained from the time axis waveform data without calculating the blood flow. Furthermore, information such as the pulse rate and acceleration pulse wave can be obtained from the pulse waveform.

演算部１０は、過去にサンプリングした電気信号のデータも用いて前記積を演算してもよい。つまり、演算部１０は、移動平均化もあわせて行うことができる。例えば、サンプリング周波数が２０ｋＨｚ（５０μｓ）の場合において、過去の４０９６個の時系列データを用いて毎秒４０回（２５ミリ秒毎）計算を行う場合を考える。５ｋＨｚにおける値１個のみが求まればよい場合は、ｊ＝１０２４（＝４０９６×５ｋＨｚ／２０ｋＨｚ）の項のみになるので下記のように簡単になる。

The calculation unit 10 may calculate the product using data of electrical signals sampled in the past. That is, the arithmetic unit 10 can also perform moving averaging. For example, in the case where the sampling frequency is 20 kHz (50 μs), a case where calculation is performed 40 times per second (every 25 milliseconds) using the past 4096 pieces of time series data is considered. If only one value at 5 kHz needs to be obtained, since only j = 1024 (= 4096 × 5 kHz / 20 kHz) is obtained, the following is simplified.

パワーの値はｆ_１０２４の絶対値の二乗から求められる。

さらにｊ（＝１０２４）との積を求めることにより、５ｋＨｚにおける周波数×パワーは以下のように求められる。このように４０９６個の値の足し算と引き算および掛け算のみで算出可能であり複素数は考慮しなくともよい。

The power value is obtained from the square of the absolute value of f ₁₀₂₄ .

Further, by obtaining the product of j (= 1024), the frequency × power at 5 kHz is obtained as follows. Thus, it can be calculated only by adding, subtracting and multiplying 4096 values, and complex numbers need not be considered.

このように５ｋＨｚの成分の時間変動を２５ミリ秒ごと（毎秒４０回）過去の４０９６点のデータを用いて計算する事によって、血流量を計算せずに、時間軸波形データから脈波形を求めることができる。さらに脈波形から脈拍数や、加速度脈波等の情報を得ることができる。この場合は、過去の４０９６点のデータを用いているので、０．２０４８秒間（＝４０９６／２０ｋＨｚ）で平均化されていることに相当する。よって、移動平均化もあわせておこなうことができるので、より変動の少ない脈波形を得ることができる。 Thus, by calculating the time fluctuation of the 5 kHz component every 25 milliseconds (40 times per second) using the past 4096 points of data, the pulse waveform is obtained from the time axis waveform data without calculating the blood flow. be able to. Furthermore, information such as the pulse rate and acceleration pulse wave can be obtained from the pulse waveform. In this case, since data of 4096 points in the past are used, this corresponds to averaging in 0.2048 seconds (= 4096/20 kHz). Therefore, since moving average can be performed together, a pulse waveform with less fluctuation can be obtained.

演算部１０は、特定のドップラーシフト周波数を５ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下とする。太陽光などの自然の背景光や商用電源周波数による変動成分が５ｋＨｚにかかることはないため、背景光の変動に関わらず、脈波を測定することができる。 The arithmetic unit 10 sets the specific Doppler shift frequency to 5 kHz or more and 10 kHz or less. A natural background light such as sunlight or a fluctuation component due to a commercial power supply frequency does not apply to 5 kHz, so that a pulse wave can be measured regardless of the fluctuation of the background light.

本発明に係る生体情報測定装置は、脈拍数計に利用することができ、特に、外光下運動時での脈拍数測定に適する。 The biological information measuring apparatus according to the present invention can be used for a pulse rate meter, and is particularly suitable for pulse rate measurement during exercise under ambient light.

１生体（被検体）
２生体情報測定装置
３発光素子
４センサ部
５センサチップ
６増幅器
７受光素子
８駆動測定回路
９信号調整部
１０演算部
１１脈拍数変換部
１２ＬＤドライバ
１３記録用信号出力端子
１４表示用信号出力端子
１５脈拍数表示手段
３０１生体情報測定装置 1 Living body (subject)
2 Biological Information Measuring Device 3 Light-Emitting Element 4 Sensor Unit 5 Sensor Chip 6 Amplifier 7 Light-Receiving Element 8 Drive Measurement Circuit 9 Signal Adjustment Unit 10 Calculation Unit 11 Pulse Rate Conversion Unit 12 LD Driver 13 Recording Signal Output Terminal 14 Display Signal Output Terminal 15 Pulse rate display means 301 Biological information measuring device

Claims

被検体に照射された光が前記被検体で散乱した散乱光を受光して前記散乱光の光強度を電気信号として出力するセンサ部と、
前記センサ部が出力する電気信号をサンプリングし、前記散乱光に含まれるビート信号のパワースペクトルのうち特定のドップラーシフト周波数について、前記特定のドップラーシフト周波数のパワーと前記特定のドップラーシフト周波数との積を演算する演算部と、
前記演算部が演算した前記積の時間変動から前記被検体の脈拍数を算出する脈拍数変換部と、
を備える生体情報計測装置。 A sensor unit that receives the scattered light scattered by the subject by the light applied to the subject and outputs the light intensity of the scattered light as an electrical signal;
The electrical signal output from the sensor unit is sampled, and the product of the power of the specific Doppler shift frequency and the specific Doppler shift frequency for a specific Doppler shift frequency in the power spectrum of the beat signal included in the scattered light. A computing unit for computing
A pulse rate conversion unit that calculates the pulse rate of the subject from the time variation of the product calculated by the calculation unit;
A biological information measuring device comprising:

前記被検体を照射する光がコヒーレント光であることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。 The biological information measuring apparatus according to claim 1, wherein the light that irradiates the subject is coherent light.

前記特定のドップラーシフト周波数が、５ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下であること特徴とする請求項１又は２に記載の生体情報計測装置。 The biological information measuring apparatus according to claim 1, wherein the specific Doppler shift frequency is 5 kHz or more and 10 kHz or less.

前記演算部は、前記特定のドップラーシフト周波数の４倍のサンプリング周波数で前記電気信号をサンプリングすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の生体情報計測装置。 The biological information measuring apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic unit samples the electrical signal at a sampling frequency that is four times the specific Doppler shift frequency.

前記演算部は、過去にサンプリングした前記電気信号のデータも用いて前記積を演算することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の生体情報計測装置。 The biological information measuring device according to claim 1, wherein the calculation unit calculates the product using data of the electrical signal sampled in the past.

被検体に照射された光が前記被検体で散乱した散乱光を受光して前記散乱光の光強度を電気信号として出力し、
前記電気信号をサンプリングし、前記散乱光に含まれるビート信号のパワースペクトルのうち特定のドップラーシフト周波数について、前記特定のドップラーシフト周波数のパワーと前記特定のドップラーシフト周波数との積を演算し、
前記積の時間変動から前記被検体の脈拍数を算出する生体情報計測方法。 The light applied to the subject receives scattered light scattered by the subject and outputs the light intensity of the scattered light as an electrical signal;
Sampling the electrical signal, for a specific Doppler shift frequency of the power spectrum of the beat signal included in the scattered light, to calculate the product of the power of the specific Doppler shift frequency and the specific Doppler shift frequency,
A biological information measuring method for calculating a pulse rate of the subject from a time variation of the product.

前記被検体を照射する光がコヒーレント光であることを特徴とする請求項６に記載の生体情報計測方法。 The biological information measuring method according to claim 6, wherein the light that irradiates the subject is coherent light.

前記特定のドップラーシフト周波数が、５ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下であること特徴とする請求項６又は７に記載の生体情報計測方法。 The biological information measuring method according to claim 6 or 7, wherein the specific Doppler shift frequency is 5 kHz or more and 10 kHz or less.

前記特定のドップラーシフト周波数の４倍のサンプリング周波数で前記電気信号をサンプリングすることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の生体情報計測方法。 The biological information measuring method according to any one of claims 6 to 8, wherein the electrical signal is sampled at a sampling frequency four times the specific Doppler shift frequency.

過去にサンプリングした前記電気信号のデータも用いて前記積を演算することを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の生体情報計測方法。 The biological information measuring method according to claim 6, wherein the product is calculated using data of the electrical signal sampled in the past.