JP3853053B2 - 生体情報測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈拍数、血糖値等の生体情報を非侵襲的に測定する生体情報測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、生体情報を測定する装置が種々提案されている。たとえば、特開平８−６６３７８号公報には、耳朶に光を投射して耳朶を透過する光の強度の変動に基づいて脈拍を算出する脈拍計が提案されている。この脈拍計の測定端子の構成を図５に示す。
測定端子は、連結手段２５により連結された一対の部材２２および２４を被験者の耳朶を挟み、部材２２および２４にそれぞれ配された狭着部材２７および２８をバネ２６により耳朶に密着して固定される。部材２２および２４の狭着部材２７および２８が配された面、すなわち部材２２および２４の互いに対向する面には、発光素子２１および受光素子２３がそれぞれ配されている。受光素子２３は、発光素子２１より投射され、被験者の耳朶を透過した光を検知する。
血流は一定でなく脈がある。さらに、血液の透過率は、生体表面を構成するその他の物質、例えば皮膚のそれと比べて低い。したがって、耳朶を透過する光の強度も脈と同じ周期で変化する。この脈拍計では、耳朶を透過した光の強度の変化に基づいて脈拍数を算出している。なお、耳朶に限らず生体の一部を押さえつけるとその箇所の血液の流れは変化することから、この脈拍計では、正確な測定をするために、発光素子２１および受光素子２３を、耳朶に圧着させる狭着部材２７および２８とは異なる箇所にそれぞれ配している。
しかしながら、以上のような脈拍計には、以下のような問題点を有する。
測定端子を耳朶に圧着させ、さらに吊持して用いることから、運動中の脈拍数を測定しようとする場合など、被験者が移動すると、測定端子が振動して耳朶の測定端子を保持している箇所に大きな負荷がかかる。したがって、正確な測定が困難であるとともに、被験者に違和感や不快感を与える。とりわけ長時間の測定においては、このような違和感や不快感が精神的な苦痛にもなり得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような問題点を解決し、被験者に与える不快感等が小さく、正確にその生体情報を得ることのできる生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、被験者の外耳道の開口部の周縁であって、耳珠、対輪および耳甲介で囲まれた部分に当接して固定する形状、すなわちイヤレシーバ形状のセンサ素子を用いる。センサ素子の被験者の外耳道と対向する面、すなわち外耳道の開口部の周縁であって、耳珠、対輪および耳甲介で囲まれた部分と接する箇所に発光部と受光部をそれぞれ設け、発光部から出射された光のうち、被験者の内部に侵入して反射した光、または被験者を透過した光の強度より生体情報を得る。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の生体情報測定装置においては、被験者の外耳道の開口部の周縁に当接して固定するセンサ素子で、発光部と受光部をそれぞれ被験者に接するように配したものを用いる。例えば発光部の端面と受光部の端面は同一面上に配される。受光部は、発光部より被験者に投射された光のうち被験者を経由した光を検出する。受光部が検出した光の強度に基づいて被験者の生体情報を算出する。
発光部には小型のＬＥＤ素子等の発光素子を用いることができる。
受光部には例えばＳｉ等のフォトダイオードや焦電型のマイクロセンサからなる光検出器を用いる。これらはいずれも小型軽量のものが得られる。たとえば高山らによる「マイクロセンサ」（月刊ニューセラミックス 第７巻、Ｎｏ．１２、（1994,12））には、一辺が１ｍｍ以下のマイクロセンサが製造可能であることが報告されている。
【０００６】
以上のように、センサ素子は、従来の公知技術を用いて小型化することができる。たとえば、外耳道の開口部の周囲すなわち耳珠、対輪および耳甲介で囲まれた空間部に収容するような形状、いわゆるインナーイヤ型イヤレシーバ形状のセンサ素子を得ることができる。
なお、上記のような発光素子や光検出器は、上記のような小型のものを用いてセンサ素子に直接埋設してもよいし、発光素子および光検出器をセンサ素子の外部に配し、これらをそれぞれ光ファイバでセンサ素子と接続し、光ファイバの端部を被験者に接するように配してもよい。
また、センサ素子は、このほかヘッドホンのように両耳に配することもできる。その場合、発光部と受光部をそれぞれ被験者の外耳道の開口部の周縁に当接させることができる構造であれば、上記と同様のインナーイヤ型に限らず、より大型のいわゆる密閉型やオープンエア型のヘッドホン形状であっても、例えばヘッドバンド等を用いて発光部と受光部を外耳道の周囲に圧着させることができるものであればよい。とくに、これら大型のセンサ素子の場合、センサ素子および信号処理部を一体にすることができ、使用時の取扱いが容易である。
【０００７】
上記のセンサ素子に代えて、同様の外形で発光部と受光部のうち発光部のみを有する素子と受光部のみを有する素子を対で用いてもよい。一方の耳に固定された素子の発光部から出射された光を他方の耳に固定された素子の受光部で検知し、検知した光、すなわち被験者の頭部を透過した光の強度に基づいても、同様に被験者の生体情報を算出することができる。この場合は、特にヘッドバンドを備えたタイプのものが、受光部がより安定して光を検知することができ、好ましい。
得られた生体情報は、例えば音響発振器より音響信号として被験者に通知する。このほか、液晶ディスプレイ等の表示部に表示させる。
【０００８】
【実施例】
本発明の生体情報測定装置は、被験者に光を投射する発光部および発光部から投射され被験者を経由した反射光を受光する受光部を有するセンサ素子と、受光部で受光した光を検知し、受光部が検知した光の強度に基づいて被験者の生体情報を算出する信号処理部を備え、センサ素子が、発光部および受光部が被験者の外耳道の開口部の周縁に当接して固定される形状を有する。
本発明の生体情報測定装置では、被験者に光を投射し、その反射光の強度により特定物質の濃度、脈拍数等の生体情報を測定する。被験者に投射した光の一部は、被験者の内部に侵入したのち反射する。生体に侵入した光は、経路に存在する光吸収成分、たとえば血液中のグルコースやコレステロールにより特定波長成分が吸収される。したがって、体内を透過しやすく、さらに検出しようとする成分による吸収が大きい波長の光を被験者に投射し、検知した反射光を解析することにより、これら光吸収成分の濃度や脈拍数に関する情報を得ることができる。
例えば、本発明の生体情報測定装置を脈拍計として用いるときは、連続して反射光を観測する。体内の組成物のほとんどが安定的なものであるのに対して、血液の流れには脈がある。したがって、反射光の強度は、脈拍に同期して変動する。したがって、反射光強度の変動を連続して観測することにより、脈拍数を得ることができる。
特に、本発明では、以上のような反射光の強度を外耳道の開口部の周縁で測定する。この箇所は、被験者が運動中でもセンサ素子が安定して固定することができ、ほとんどの場合、発光部または受光部と被験者との密着性は悪化しない。したがって、正確な測定が可能である。また、発光部および受光部は、従来の技術を用いてそれぞれ小型軽量なものが得られるため、被験者の耳に固定して用いても負担にはならない。
【０００９】
本発明の他の生体情報測定装置は、被験者に光を投射する発光部を有する第一のセンサ素子と、発光部から投射され被験者を透過した光を検出する受光部を有する第二のセンサ素子と、受光部が検知した光の強度に基づいて被験者の生体情報を算出する信号処理部とを備え、第一および第二のセンサ素子が、それぞれ被験者の異なる耳の外耳道の開口部の周縁に発光部および前記受光部が当接して固定される形状を有する。
【００１０】
上記の生体情報測定装置において、受光部を複数用いることにより、より高精度の測定が可能になる。例えば、受光部のうちの一つが被験者より乖離しても、他の受光部が密着していれば、そこで正常な測定が行われる。また、異なる経路を通過した複数の光の強度が得られることから、複数の測定値のなかに異常値が含まれていればそれを除外することができ、精度の高い測定が可能になる。
【００１１】
本発明の生体情報測定装置の好ましい態様としては、さらに音響発振器いわゆるスピーカを備える。例えば、音響発振器をセンサ素子内に内蔵させると、センサ素子をイヤレシーバとしても機能させることもできる。さらに、測定で得られた生体情報、さらには測定の開始や終了を音響発振器から音響信号として被験者に通知することもできる。無論、音響発振器はセンサ素子外部に配することもできる。
生体情報や、被験者に測定の開始や終了を知らせるメッセージを、音響信号のほかに表示部に表示させることもできる。たとえば表示部に液晶ディスプレイを用い、これをセンサ素子と信号処理部を接続する配線上に配置すると、被験者はその表示を容易に確認することができる。また、小型、軽量な液晶ディスプレイを用いると、被験者に負担を与えない。
上記のように、本発明の生体情報測定装置は、種々の生体情報を安定して測定することができる。このうち、脈拍計用途の場合には、信号処理部を大幅に小型化、簡素化することができる。
【００１２】
以下、本発明の生体情報測定装置の一例として、脈拍計について説明する。
いわゆるインナーイヤ型イヤレシーバ形状のセンサ素子１を用いた生体情報測定装置を 図１に示す。センサ素子１は、図３に示すように、一般のイヤレシーバと同様に、被験者の外耳道２の開口部、すなわち耳珠（外耳道開口部より顔側にある突起物、図示せず）、対輪３および耳甲介４で囲まれた箇所に固定して用いられる。
センサ素子１の外耳道２に対向する面には、発光部５および受光部６がともに被験者に密着するように配されている。発光部５は、被験者に向けて光を出射する。ここで、脈拍計用途には、発光部５としてたとえば波長が９６０ｎｍの光を発するＬＥＤ素子を用いる。
受光部６は、発光部５より被験者に向けて出射され、被験者より反射した光の一部を検知する。受光部６としては、例えば焦電型センサを用いる。
ここで、受光部は、１つでもよいが、振動等で受光部が被験者より乖離した場合を考慮すると、複数用いることが好ましい。また、受光部を複数設けることにより、異なった経路で被験者の体内を経由した光について情報を得ることができ、より精度の高い測定が可能になる。この場合、受光部は、発光部を中心とする同心円上に配することが好ましい。
【００１３】
受光部６は、検知した光の強度に応じた信号を、信号処理部１０に出力する。信号処理部１０は、図４に示すように、光強度演算ユニット１１、生体情報演算ユニット１２、記憶ユニット１３および音響信号制御ユニット１４を備える。
受光部６の出力信号は、まず、光強度演算ユニット１１に入力される。光強度演算ユニット１１は、入力信号の強度の変動を監視して測定の開始および終了を認識し、さらに測定異常を監視する。生体情報演算ユニット１２は、光強度演算ユニット１１からの信号に基づいて、被験者の脈拍数を算出する。得られた脈拍数は表示部９に表示される。表示部９は、例えば図１に示すように、センサ素子１と信号処理部１０を接続する配線７上に配する。特に表示部９に小型軽量な液晶ディスプレイを用いた場合は、配線７を垂下させても、被験者にとってほとんど負担にならない。また、運動中においても被験者は容易に情報を確認することができる。以上のような表示部９に、測定を開始または中止させるためのスイッチを配しても良い。なお、得られた生体情報は、必要に応じて磁気記憶媒体、半導体メモリ等の記憶ユニット１３に記憶される。
【００１４】
本実施例の生体情報測定装置では、図２に示すようにセンサ素子１の外耳道に対向する面に音響発振器としてのスピーカ８を有する。信号処理部１０中に配された音響信号制御ユニット１４は、生体情報演算ユニット１２で算出された生体情報を音響信号に変換してスピーカ８に伝達する。すなわち、得られた生体情報は音響信号として被験者に通知される。たとえば、信号処理部１０により算出された脈拍数が所定の値を超えた場合に、記憶ユニット１３にあらかじめ記憶されていた人工音声によるメッセージ等の音響信号をスピーカ８より発振させる。
また、このようにセンサ素子１にスピーカ８を設けることにより、センサ素子１をイヤレシーバとして機能させることができる。すなわち、測定しないときは、信号処理部１０に接続された磁気テープ、コンパクトディスク等の再生器よりスピーカ８に音楽等を再生させておくことができる。測定時においては、同様にこれら再生器によって音楽等を再生させておき、必要に応じて生体情報や測定の開始や終了に関する音響信号を音楽等の音響信号に重ね合わせて、またはこれに代えて被験者に通知することができる。
【００１５】
また、血液中のグルコース濃度や脂肪濃度いわゆるコレステロール値を測定する際には、発光部５に例えば波長４００〜２２００ｎｍの光を出射するハロゲン光源を用いる。このとき、バンドパスフィルタを用いて反射光のうち測定すべき物質の光吸収係数が高い周波数成分を選択的に透過させる。たとえばグルコース濃度を測定するのであれば波長約１６００ｎｍの光のみを、脂肪濃度を測定するのであれば波長９６０ｎｍの光のみを透過させる。透過した光の強度は、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ、Ｇｅ等を用いた光検出器で検知される。この光検出器で検知した光の強度を分析することで所望の生体情報を得ることができる。
また、反射光を分光器により特定周波数領域ごとに分離し、さらにこれらのうちの特定周波数成分をバンドパスフィルタを用いてそれぞれ抽出することにより、複数の生体情報を一度に得ることも可能である。
ただし、上記のような場合、これらをすべてセンサ素子に内蔵させると素子が大型化する。また、光源にハロゲンランプを用いる場合には、実用上その大きさ、強度、発熱等の問題がある。
そこで、必要に応じて、光源および分光器をセンサ素子の外部に設け、これらをセンサ素子の発光部および受光部とそれぞれ光ファイバで接続してもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によると、被験者に与える不快感等が小さく、正確にその生体情報を得ることのできる生体情報測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の生体情報測定装置を示す概略図である。
【図２】同生体情報測定装置に用いるセンサ素子を示す正面図である。
【図３】同センサ素子を被験者に装着した状態を示す図である。
【図４】同生体情報測定装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の脈拍計の測定端子を示す側面図である。
【符号の説明】
１ センサ素子
２ 外耳道
３ 耳甲介
４ 対輪
５ 発光部
６ 受光部
７ 配線
８ スピーカ
９ 表示部
１０ 信号処理部
１１ 光強度演算ユニット
１２ 生体情報演算ユニット
１３ 記憶ユニット
１４ 音響信号制御ユニット
２１ 発光素子
２２、２４ 部材
２３ 受光素子
２５ 連結手段
２６ バネ
２７、２８ 狭着部材

Claims (7)

1. 被験者に光を投射する発光部および前記発光部から投射され前記被験者を経由した反射光を受光する受光部を有するセンサ素子と、前記受光部で受光した光を検知し、前記受光部が検知した光の強度に基づいて前記被験者の生体情報を算出する信号処理部を備え、
   前記センサ素子が、前記被験者の外耳道の開口部の周縁であって、耳珠、対輪および耳甲介で囲まれた部分に固定され、
   前記発光部および前記受光部が、前記センサ素子の前記外耳道と対向する面に設けられ、前記外耳道の開口部の周縁であって、前記耳珠、前記対輪および前記耳甲介で囲まれた前記部分に当接して固定される形状を有する生体情報測定装置。
2. 被験者に光を投射する発光部を有する第一のセンサ素子と、前記発光部から投射され前記被験者を透過した光を検出する受光部を有する第二のセンサ素子と、前記受光部が検知した光の強度に基づいて前記被験者の生体情報を算出する信号処理部とを備え、
   前記第一および第二のセンサ素子が、前記被験者の外耳道の開口部の周縁であって、耳珠、対輪および耳甲介で囲まれた部分に固定され、
   前記発光部および前記受光部が、前記センサ素子の前記外耳道と対向する面に設けられ、それぞれ前記被験者の異なる耳の外耳道の開口部の周縁であって、前記耳珠、前記対輪および前記耳甲介で囲まれた前記部分に当接して固定される形状を有する生体情報測定装置。
3. 前記センサ素子が、前記受光部を複数具備する請求項１または２に記載の生体情報測定装置。
4. 音響発振器を具備する請求項１または２に記載の生体情報測定装置。
5. 前記音響発振器が、前記センサ素子内に配された請求項４記載の生体情報測定装置。
6. 前記音響発振器が、前記生体情報を音響信号として発振する請求項４記載の生体情報測定装置。
7. 前記生体情報を表示する表示部を具備する請求項１または２に記載の生体情報測定装置。

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