JP7632482B2 - Biometric device, system, biometric method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、生体測定装置、生体測定方法、およびプログラムに関し、特に、アレイセンサを用いて、生体情報を測定する生体測定装置、生体測定方法、およびプログラムに関する。 The present invention relates to a biometric measurement device, a biometric measurement method, and a program, and in particular to a biometric measurement device, a biometric measurement method, and a program that measure biometric information using an array sensor.
関連する技術では、自律神経系の活動に関する測定値(生体情報と呼ぶ)に基づいて、健康あるいは感情など、生体の状態を分析する。例えば、特許文献1に記載の関連する技術では、生体測定装置は、生体の脈拍を測定する。そして、感情分析装置は、機械学習したモデルを用いて、生体測定装置によって測定された脈拍の変化に基づいて、人物の感情を推定する。Related technologies analyze the state of a living body, such as health or emotions, based on measurements of activity of the autonomic nervous system (called bioinformation). For example, in the related technology described in
一例では、生体測定装置が脈拍を測定するために、血管の容積の変動を検知する脈波センサが用いられる。近年では、フレキシブルな基板上に、多数の受光素子(フォトダイオード)をマトリクス状に配列したアレイセンサが開発されている。非特許文献1に記載の関連する技術では、アレイセンサは、生体の皮膚に貼り付けられる。このアレイセンサを用いることによって、多数の受光素子が同時に、そして個別に、脈波を検知することができる。生体測定装置は、アレイセンサを構成する複数の受光素子から出力される複数のセンサデータに基づいて、より高精度に脈拍を測定可能になることが期待されている。In one example, a pulse wave sensor that detects changes in blood vessel volume is used for the biometric device to measure the pulse. In recent years, array sensors have been developed in which a large number of light receiving elements (photodiodes) are arranged in a matrix on a flexible substrate. In the related technology described in Non-Patent
非特許文献1に記載の関連する技術では、アレイセンサを構成する複数の受光素子から出力される複数のセンサデータに対し、生体の動きによるノイズ(体動ノイズ)が重畳する。非特許文献1に記載の関連する技術では、複数の受光素子からのセンサデータの平均をとることによって、ショットノイズを打ち消している。しかしながら、生体の動きを原因とする体動ノイズを、この手法により除去することはできない。In the related technology described in Non-Patent
特許文献2に記載の関連する技術では、アレイセンサが生体に印可する押圧の強さに基づいて、複数の検出信号を、脈拍成分を有するものと、体動ノイズとに分類している。そして、脈拍成分を有する検出信号から、体動ノイズの検出信号を減算することによって、体動ノイズを除去している。しかしながら、アレイセンサが圧力印可機構を有さない場合、特許文献2に記載の関連する技術を用いて、体動ノイズを除去することはできない。In the related technology described in
一方、特許文献5に記載の関連する技術では、脈波による周期的な変動を有するか否かに基づいて、複数の検出信号を、脈拍成分を有するものと、体動ノイズとに分類している。実際には、いずれの検出信号も、脈拍成分を多かれ少なかれ有するため、周期性の有無に基づいて、複数の検出信号を正確に分類することは難しい。On the other hand, in the related technology described in Patent Document 5, multiple detection signals are classified into those having a pulse component and body movement noise based on whether or not they have periodic fluctuations due to pulse waves. In reality, all detection signals have a pulse component to a greater or lesser extent, so it is difficult to accurately classify multiple detection signals based on the presence or absence of periodicity.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、生体の動きを原因とする体動ノイズをセンサデータから除去することにある。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and its purpose is to remove body movement noise caused by biological movements from sensor data.
本発明の一態様に係わる生体測定装置は、生体に取り付けられたアレイセンサから、複数のセンサデータを取得するセンサデータ取得手段と、生体情報の測定用の第1の受光素子と、前記生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子の中から選別する選別手段と、前記第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、前記第1の受光素子からの第1のセンサデータから、前記生体の動きを原因とする体動ノイズを除去するノイズ除去手段と、前記体動ノイズを除去された前記第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する出力手段とを備えている。A biometric device according to one aspect of the present invention includes a sensor data acquisition means for acquiring multiple sensor data from an array sensor attached to a living body, a selection means for selecting from the multiple light receiving elements constituting the array sensor a first light receiving element for measuring biometric information and a second light receiving element for detecting body movement noise caused by the movement of the living body, a noise removal means for removing body movement noise caused by the movement of the living body from the first sensor data from the first light receiving element using second sensor data from the second light receiving element, and an output means for outputting a specific range of frequency components contained in the first sensor data from which the body movement noise has been removed as measurement data.
本発明の一態様に係わる生体測定方法は、生体に取り付けられたアレイセンサから、複数のセンサデータを取得し、生体情報の測定用の第1の受光素子と、前記生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子の中から選別し、前記第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、前記第1の受光素子からの第1のセンサデータから、前記生体の動きを原因とする体動ノイズを除去し、前記体動ノイズを除去された前記第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する。 A biometric measurement method according to one aspect of the present invention acquires multiple sensor data from an array sensor attached to a living body, selects a first light receiving element for measuring biometric information and a second light receiving element for detecting body movement noise caused by the movement of the living body from among the multiple light receiving elements constituting the array sensor, removes body movement noise caused by the movement of the living body from first sensor data from the first light receiving element using second sensor data from the second light receiving element, and outputs frequency components within a specific range contained in the first sensor data from which the body movement noise has been removed as measurement data.
本発明の一態様に係わるプログラムは、生体に取り付けられたアレイセンサから、複数のセンサデータを取得する処理と、生体情報の測定用の第1の受光素子と、前記生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子の中から選別する処理と、前記第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、前記第1の受光素子からの第1のセンサデータから、前記生体の動きを原因とする体動ノイズを除去する処理と、前記体動ノイズを除去された前記第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する処理とをコンピュータに実行させる。 A program relating to one aspect of the present invention causes a computer to execute the following processes: acquiring multiple sensor data from an array sensor attached to a living body; selecting a first light receiving element for measuring biological information and a second light receiving element for detecting body movement noise caused by the movement of the living body from among the multiple light receiving elements constituting the array sensor; removing body movement noise caused by the movement of the living body from first sensor data from the first light receiving element using second sensor data from the second light receiving element; and outputting frequency components within a specific range contained in the first sensor data from which the body movement noise has been removed as measurement data.
本発明の一態様によれば、生体の動きを原因とする体動ノイズをセンサデータから除去することができる。According to one aspect of the present invention, body movement noise caused by biological movement can be removed from sensor data.
(システム1)
図1を参照して、後述する実施形態1から3のいずれかに係わる生体測定装置を備えたシステム1の構成の一例を説明する。図1は、システム1の構成の一例を概略的に示す図である。
(System 1)
An example of the configuration of a
図1に示すように、システム1は、生体測定装置10または生体測定装置30(以下、「生体測定装置10(30)」と記載する)と、アレイセンサ100と、データ分析装置200とを備えている。As shown in FIG. 1, the
生体測定装置10(30)は、アレイセンサ100に対し、制御信号を送信する。これにより、生体測定装置10(30)は、以下で説明するように、アレイセンサ100を動作させる。The biometric device 10 (30) transmits a control signal to the
アレイセンサ100は、発光部110および複数の受光素子120を備えている。発光部110は、図示しない生体(一例では人体)に対し、光信号を入射する。光信号は、生体の皮膚を透過して、生体内の組織によって、一部は散乱され、また一部は吸収される。そして、散乱または反射された光は、生体から外部へ放出される。複数の受光素子120は、生体から外部へ放出された光を検知する。The
アレイセンサ100は、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120の各々が検知した光に基づく複数のセンサデータを、生体測定装置10(30)へ送信する。アレイセンサ100の構成の一例を後述する。The
生体測定装置10(30)は、アレイセンサ100から、複数のセンサデータを受信する。生体測定装置10(30)は、複数のセンサデータに基づいて、生体情報を含む測定データを導出し、導出した測定データを出力する。なお、生体測定装置10(30)が、複数のセンサデータに基づいて、測定データを導出する方法の具体例を、実施形態1以降で説明する。生体測定装置10(30)は、データ分析装置200へ、測定データを送信する。あるいは、生体測定装置10(30)は、このように導出した測定データを、外部機器(例えばディスプレイ)へ出力してもよい。The biometric device 10 (30) receives multiple sensor data from the
生体情報とは、生体の心身に関する情報であり、特に、生体の健康や感情に係わる測定可能な指標である。例えば、生体情報は、脈拍、血流量、血中酸素濃度、脳波、血圧、または発汗量である。後述する実施形態1~3において、測定の対象が脈拍である場合について説明する。
Biometric information is information relating to the mind and body of a living organism, and in particular is a measurable indicator related to the health and emotions of the living organism. For example, the biological information is pulse rate, blood flow, blood oxygen concentration, brain waves, blood pressure, or sweat rate. In the following
データ分析装置200は、生体測定装置10(30)から、測定データを受信する。データ分析装置200は、測定データをデータ分析することによって、健康や感情など、生体の状態を推定する。The
(アレイセンサ100)
図2から図4を参照して、上述したアレイセンサ100について説明する。
(Array sensor 100)
The above-mentioned
図2は、上述したアレイセンサ100の構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、アレイセンサ100は、発光部110、および、複数の受光素子120(図12ではn個)(nは2以上の整数)で構成されている。
Figure 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the above-mentioned
発光部110は、例えば、近赤外発光ダイオード(NIR-LED:Near Infrared Light Emitting Diode)である。発光部110は、近赤外帯域における固定の波長又は波長域の光を出射する。一般的には、血管の容積の変化、血球などの成分の変化、あるいは、血管の伸縮の変化などから、脈拍が測定される。したがって、測定の対象が脈拍である場合、これらをセンシングできる波長を選択する必要がある。The light-emitting
複数の受光素子120は、それぞれ、生体からの反射を受光する。例えば、受光素子120は、光導電セル、光起電力セル、フォトレジスタ、フォトダイオード、またはフォトトランジスタである。複数の受光素子120は、それぞれが受光した反射に基づく複数のセンサデータを、生体測定装置10(30)へ送信する。Each of the multiple
図3および図4に、アレイセンサ100の構成の一例を示す。図3は、アレイセンサ100の平面図である。図3に示すように、アレイセンサ100において、基板130の片面に固定された複数の受光素子120が、2次元方向に、例えばマトリクス状に配列されている。複数の受光素子120を取り囲む粘着層140は、アレイセンサ100を生体に貼り付けるために使用される。複数の受光素子120の数および配列は特に限定されない。なお、図3では、発光部110を省略している。
Figures 3 and 4 show an example of the configuration of the
図4は、アレイセンサ100と生体の断面を表す断面図である。図4では、アレイセンサ100が、生体の皮膚に取り付けられている。生体の皮膚の下には、血管が通っている。アレイセンサ100の発光部110(図2)は、近赤外光を出射する。近赤外光は、生体の皮膚を透過し、血管内の血液成分によって、部分的に吸収される。吸収されなかった近赤外光は、血管の内膜や外膜、あるいは、生体の骨によって反射される。アレイセンサ100の複数の受光素子120は、それぞれ、生体の皮膚から出射された反射を受光する。アレイセンサ100のマイコン150は、受光素子120が検知したアナログ信号をA/D変換することによって、デジタル信号であるセンサデータを生成する。
Figure 4 is a cross-sectional view showing the
〔実施形態1〕
図5から図6を参照して、実施形態1について説明する。
[Embodiment 1]
The first embodiment will be described with reference to FIG. 5 and FIG.
(生体測定装置10)
図5は、本実施形態1に係わる生体測定装置10の構成を示すブロック図である。図5に示すように、生体測定装置10は、センサデータ取得部11、選別部12、ノイズ除去部13、および出力部14を備えている。
(Biometric device 10)
Fig. 5 is a block diagram showing the configuration of the
センサデータ取得部11は、生体に取り付けられたアレイセンサ100から、複数のセンサデータを取得する。センサデータ取得部11は、センサデータ取得手段の一例である。The sensor
選別部12は、生体情報(本実施形態1では脈拍)の測定用の第1の受光素子と、生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、アレイセンサ100の中から選別する。選別部12は、選別手段の一例である。The
一例では、選別部12は、複数のセンサデータから脈拍成分を検出し、複数のセンサデータの間で、脈拍成分の大きさを比較する。そして、選別部12は、脈拍成分が相対的に大きいセンサデータを出力する受光素子を第1の受光素子として選別する。また、脈拍成分が相対的に大きいセンサデータを出力する受光素子を第2の受光素子として選別する(実施形態2)。In one example, the
ここで、センサデータにおける脈拍成分とは、脈波が特徴的に持つ周期を示す特定の範囲の周波数成分である。一例では、脈拍成分は、40Hzから200Hzまでの周波数成分である。Here, the pulse component in the sensor data is a frequency component in a specific range that indicates the period that the pulse wave has characteristically. In one example, the pulse component is a frequency component from 40 Hz to 200 Hz.
あるいは、他の一例では、選別部12は、生体内における血管の走行位置を示す血管マップデータに基づいて、複数の受光素子の間で、血管からの距離を比較する。選別部12は、血管の直上またはその近傍に位置する受光素子を第1の受光素子として選別する。また、選別部12は、血管から離れた受光素子を第2の受光素子として選別する(実施形態3)。Alternatively, in another example, the
ノイズ除去部13は、第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、第1の受光素子からの第1のセンサデータから、生体の動きを原因とする体動ノイズを除去する。ノイズ除去部13は、ノイズ除去手段の一例である。The
一例では、ノイズ除去部13は、第1の受光素子から出力される第1のセンサデータから、第2の受光素子から出力される第2のセンサデータを減算する。これにより、第1のセンサデータから、生体の動きを原因とする体動ノイズが除去される。その理由は、仮に生体が動いた場合、第1の受光素子および第2の受光素子のどちらにも、ほぼ同等程度の体動ノイズが同時に生じるからである。したがって、第1のセンサデータから、第2のセンサデータを減算することによって、第1のセンサデータに含まれる体動ノイズを、第2のセンサデータに含まれる体動ノイズにより打ち消すことができる。
In one example, the
出力部14は、体動ノイズを除去された第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する。出力部14は、出力手段の一例である。一例では、出力部14は、上述したシステム1のデータ分析装置200(図1)に対し、測定データを出力する。あるいは、出力部14は、図示しない外部機器(例えばディスプレイ)に対し、測定データを出力してもよい。The
(生体測定装置10の動作)
図6を参照して、本実施形態1に係わる生体測定装置10の動作について説明する。図6は、生体測定装置10の各部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
(Operation of biometric device 10)
The operation of the
図6に示すように、センサデータ取得部11は、生体に取り付けられたアレイセンサ100から、複数のセンサデータを取得する(S1)。センサデータ取得部11は、複数のセンサデータを、選別部12へ出力する。As shown in Figure 6, the sensor
選別部12は、生体情報の測定用の第1の受光素子と、生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、アレイセンサ100の中から選別する(S2)。選別部12は、選別した第1の受光素子からのセンサデータ、および、第2の受光素子からのセンサデータを、ノイズ除去部13へ出力する。ステップS2において、選別部12は、生体測定装置10がアレイセンサ100から受信するセンサデータのビットレートや電力の変動の影響を考慮して、第1の受光素子及び第2の受光素子の選別を行ってもよい。例えば、ビットレートが低下した場合や電力が低下した場合、選別部12は、ステップS2の処理を行う前に、アレイセンサ100の中から、選別の対象とする受光素子をあらかじめ絞り込む。これにより、選別部12は、絞り込んだ受光素子の中から、生体情報の測定により適する第1の受光素子と、体動ノイズの検知により適する第2の受光素子とを選別することができる。The
ノイズ除去部13は、第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、第1の受光素子からの第1のセンサデータから、体動ノイズを除去する(S3)。ノイズ除去部13は、体動ノイズを除去された第1のセンサデータを、出力部14に出力する。The
出力部14は、体動ノイズを除去された第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する(S4)。一例では、出力部14は、上述したシステム1のデータ分析装置200(図1)へ、測定データを出力する。The
生体測定装置10の動作は以上で終了する。
This concludes the operation of the
(本実施形態の効果)
本実施形態の構成によれば、センサデータ取得部11は、生体に取り付けられたアレイセンサ100から、複数のセンサデータを取得する。選別部12は、生体情報の測定用の第1の受光素子と、生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子の中から選別する。ノイズ除去部13は、第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、第1の受光素子からの第1のセンサデータから、生体の動きを原因とする体動ノイズを除去する。出力部14は、体動ノイズを除去された第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する。
(Effects of this embodiment)
According to the configuration of this embodiment, the sensor
以上のように、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120の一部を測定用として、また、複数の受光素子120の他の一部を体動ノイズの検知用として選別する。このように異なる役割を持たせた2種類の受光素子120を用いることによって、生体の動きを原因とする体動ノイズをセンサデータから除去することができる。As described above, some of the multiple
〔実施形態2〕
図7から図10を参照して、実施形態2について説明する。本実施形態2では、生体測定装置10の選別部12が実行する選別処理(図6のS2)の手順の一例を説明する。なお、生体測定装置10の構成及び動作については、前記実施形態1の説明を引用し、本実施形態2において説明を省略する。
[Embodiment 2]
A second embodiment will be described with reference to Fig. 7 to Fig. 10. In the second embodiment, an example of the procedure of the sorting process (S2 in Fig. 6) executed by the sorting
(選別処理(S2))
図7に示すように、まず、選別部12は、アレイセンサ100(図1)から一定の時間内に出力される複数のセンサデータに対し、フーリエ変換の処理を実行する(S21)。これにより、複数のセンサデータは、時間領域から周波数領域に変換される。
(Sorting process (S2))
7, first, the
図8は、時間領域における2つのセンサデータS1,S2を示す。一方、図9は、これらの2つのセンサデータS1,S2をそれぞれフーリエ変換することによって得られる周波数領域のデータFS1,FS2を示す。 Fig. 8 shows two sensor data S1 and S2 in the time domain, while Fig. 9 shows frequency domain data FS1 and FS2 obtained by Fourier transforming these two sensor data S1 and S2 , respectively.
図7のフローに戻り、次に、選別部12は、周波数領域のデータFS1,FS2における脈拍成分の大きさを比較する(S22)。
Returning to the flow of FIG. 7, next, the
ステップS22における比較の結果、選別部12は、周波数領域のデータFS1の脈拍成分が相対的に大きく(S23でA)、周波数領域のデータFS2の脈拍成分が相対的に小さい(S23でB)ことを特定する。
As a result of the comparison in step S22, the
そして、選別部12は、脈拍成分が大きいほうのデータFS1と対応する受光素子120を、第1の受光素子として選別する(S24X)。また、選別部12は、脈拍成分が小さいほうのデータFS2と対応する受光素子120を、第2の受光素子として選別する(S24Y)。
The
以上で、本実施形態2に係わる選別処理(S2)は終了する。This completes the selection process (S2) for this
ここでは、説明を簡単に行うために、選別部12が2つの受光素子120を、第1の受光素子と第2の受光素子とに選別する場合について説明した。
Here, for simplicity of explanation, we have described the case where the sorting
実際には、アレイセンサ100が備えた受光素子120の数と同数のセンサデータが出力される。したがって、アレイセンサ100から3つ以上のセンサデータが出力される場合もある。In reality, the same number of sensor data as the number of light receiving
この場合、選別部12は、任意の2つのセンサデータの組み合わせについて、周波数領域のデータにおける脈拍成分のピークの差分(図9に示すΔ)を算出する。選別部12は、計算した差分が大きい順に、所定数のセンサデータの組み合わせを抽出する。そして、図7のステップS22からS24XまたはS24Yに示す手順に従って、選別部12は、抽出されたセンサデータと対応する受光素子を、第1の受光素子と、第2の受光素子とに選別する。In this case, the sorting
このようにして、選別部12は、アレイセンサ100を構成する受光素子120の数によらず、第1の受光素子と、第2の受光素子とを選別することができる。In this way, the sorting
一例では、前記実施形態1において説明したように、生体測定装置10のノイズ除去部13は、第1のセンサデータから第2のセンサデータを減算することによって、第1のセンサデータから、体動ノイズを除去する。In one example, as described in
図10は、このようにして得られた、体動ノイズを除去された第1のセンサデータS(=S1-S2)の一例を示す。図10に示す第1のセンサデータSと、図8に示す第1のセンサデータS1とを対比すると、体動ノイズを除去された第1のセンサデータSは、脈波が持つ周期性をより明確に示す形状になっていることがわかる。 Fig. 10 shows an example of the first sensor data S (= S1 - S2 ) obtained in this manner and from which body movement noise has been removed. Comparing the first sensor data S shown in Fig. 10 with the first sensor data S1 shown in Fig. 8, it can be seen that the first sensor data S from which body movement noise has been removed has a shape that more clearly shows the periodicity of the pulse wave.
(本実施形態の効果)
本実施形態の構成によれば、センサデータ取得部11は、生体に取り付けられたアレイセンサ100から、複数のセンサデータを取得する。選別部12は、生体情報の測定用の第1の受光素子と、生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子の中から選別する。ノイズ除去部13は、第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、第1の受光素子からの第1のセンサデータから、生体の動きを原因とする体動ノイズを除去する。出力部14は、体動ノイズを除去された第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する。
(Effects of this embodiment)
According to the configuration of this embodiment, the sensor
以上のように、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120の一部を測定用として、また、複数の受光素子120の他の一部を体動ノイズの検知用として選別する。このように異なる役割を持たせた2種類の受光素子120を用いることによって、生体の動きを原因とする体動ノイズをセンサデータから除去することができる。As described above, some of the multiple
さらに、本実施形態の構成によれば、選別部12は、センサデータに含まれる脈拍成分の大小関係に基づいて、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120の中から、第1の受光素子および第2の受光素子をそれぞれ選別する。これにより、選別部12は、アレイセンサ100を構成する受光素子120の数によらず、第1の受光素子と、第2の受光素子とを選別することができる。Furthermore, according to the configuration of this embodiment, the
〔実施形態3〕
図11から図15を参照して、実施形態3について説明する。
[Embodiment 3]
A third embodiment will be described with reference to FIGS.
(生体測定装置30)
図11は、本実施形態3に係わる生体測定装置30の構成を示すブロック図である。図11に示すように、生体測定装置30は、センサデータ取得部11、選別部12、ノイズ除去部13、および出力部14を備えている。また、生体測定装置30は、血管マップ生成部35をさらに備えている。
(Biometric device 30)
Fig. 11 is a block diagram showing the configuration of a
血管マップ生成部35は、生体内における血管の走行位置を示す血管マップデータを取得する。血管マップ生成部35は、血管マップ生成手段の一例である。The vascular
一例では、血管マップ生成部35は、アレイセンサ100から出力される複数のセンサデータと、図示しない記憶部にあらかじめ格納された、複数の受光素子120の位置関係を示す情報とに基づいて、血管マップデータを生成する。図3に示すように、アレイセンサ100では、複数の受光素子120がマトリクス状に配列されている。発光部110からの近赤外光は、血液成分によって部分的に吸収されるから、血管の直上または近傍に位置する受光素子120が受光する反射は暗く(すなわち強度が小さい)、血管から離れた受光素子120が受光する反射は強く(すなわち強度が大きい)なる。In one example, the vascular
したがって、受光素子120が出力するセンサデータの振幅が小さいことは、その受光素子120と対応する位置又はその近傍に血管が存在することを示す。反対に、受光素子120が出力するセンサデータの振幅が大きいことは、その受光素子120が血管から離れていることを示す。Therefore, a small amplitude of the sensor data output by the
血管マップ生成部35は、アレイセンサ100から、複数の受光素子120のそれぞれから出力されるセンサデータを受信する。また、血管マップ生成部35は、図示しない記憶部(例えばメモリ)から、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120の位置関係を示す情報も受信する。The vascular
血管マップ生成部35は、それぞれの受光素子120からのセンサデータの振幅に基づいて、それぞれの受光素子120と対応する位置における血管の有無を判定する。そして、血管マップ生成部35は、血管の有無の判定結果と複数の受光素子120の位置関係を示す情報とを用いて、生体内における血管の走行位置を示す血管マップデータを生成する。この血管マップデータでは、血管のある領域と血管の無い領域とが区別される。The vascular
このように、血管マップ生成部35は、アレイセンサ100をカメラセンサのように利用することによって、生体の血管マップデータを生成する。血管マップ生成部35は、取得した生体の血管マップデータを、選別部12へ出力する。In this way, the vascular
選別部12は、血管マップ生成部35から、生体内における血管の走行位置を示す血管マップデータを受信する。本実施形態3において、選別部12は、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120のうち、血管マップデータにおいて、血管がある領域と対応する受光素子120を第1の受光素子として選別する。また、選別部12は、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120のうち、血管がない領域と対応する受光素子120を第2の受光素子として選別する。選別部12は、複数の受光素子120の中から選別した第1の受光素子及び第2の受光素子がそれぞれ出力するセンサデータを、ノイズ除去部13へ出力する。The
ノイズ除去部13および出力部14がそれぞれ実行する処理は、前記実施形態1および2と共通であるから、本実施形態3では、その説明を省略する。
The processing performed by the
(生体測定装置30の動作)
図12を参照して、本実施形態3に係わる生体測定装置30の動作を説明する。図12は、生体測定装置30の各部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
(Operation of biometric device 30)
The operation of the
図12に示すように、センサデータ取得部11は、生体に取り付けられたアレイセンサ100から、複数のセンサデータを取得する(S1)。センサデータ取得部11は、複数のセンサデータを、選別部12へ出力する。
As shown in Fig. 12, the sensor
血管マップ生成部35は、生体内における血管の走行位置を示す血管マップデータを生成する(S15)。一例では、血管マップ生成部35は、アレイセンサ100から受信した複数のセンサデータに基づいて、上述のように、生体な愛における血管の走行位置を示す血管マップデータを生成する。血管マップ生成部35は、取得した血管マップデータを、選別部12へ出力する。The vascular
選別部12は、生体情報の測定用の第1の受光素子と、生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、アレイセンサ100の中から選別する(S2)。本実施形態12では、選別部12は、血管マップ生成部35から受信した血管マップデータを用いて、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120(図3)の中から、第1の受光素子及び第2の受光素子をそれぞれ選別する。選別部12は、選別した第1の受光素子からのセンサデータ、および、第2の受光素子からのセンサデータを、ノイズ除去部13へ出力する。The
ノイズ除去部13は、第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、第1の受光素子からの第1のセンサデータから、生体の動きを原因とする体動ノイズを除去する(S3)。ノイズ除去部13は、体動ノイズを除去された第1のセンサデータを、出力部14に出力する。The
出力部14は、体動ノイズを除去された第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する(S4)。一例では、出力部14は、上述したシステム1のデータ分析装置200(図1)へ、測定データを出力する。The
生体測定装置10の動作は以上で終了する。
This concludes the operation of the
(選別処理(S2))
図13および図14を参照して、本実施形態3に係わる生体測定装置30の選別部12が実行する選別処理(図12のS2)の一例を説明する。
(Sorting process (S2))
An example of the sorting process (S2 in FIG. 12) executed by the sorting
図13に示すように、まず、選別部12は、血管マップ生成部35から、血管マップデータを受信する(S221)。As shown in FIG. 13, first, the
次に、選別部12は、受信した血管マップデータについて、各受光素子120と対応する領域ごとに、血管の有無を判定する(S222)。具体的に、選別部12は、血管マップ生成部35から得られる血管マップデータにおいて、血管がある領域と、血管がない領域とを判定する。Next, the
図14は、選別部12が血管マップ生成部35から受信する血管マップデータの一例を示す。図14に示す血管マップデータにおいて、太い実線は、血管を模擬的に表している。また、血管マップデータ内で上下に並んだ2つの破線の矩形は、それぞれ、互いに異なる1つの受光素子120と対応する領域を表している。上側の矩形は、血管を含まない領域である。一方、下側の矩形は、血管を含む領域である。
Figure 14 shows an example of vascular map data that the
図13のフローに戻り、ステップS222における判定の結果に基づいて、選別部12は、受光素子120と対応する領域内に血管がある場合(S223でYes)、その受光素子120を、第1の受光素子として選別する(S224X)。一方、選別部12は、受光素子120と対応する領域内に血管がない場合(SS3でNo)、その受光素子120を、第2の受光素子として選別する(S224Y)。Returning to the flow of FIG. 13, based on the result of the judgment in step S222, if there is a blood vessel in the area corresponding to the light receiving element 120 (Yes in S223), the
再び図14に示す例では、上下に並んだ2つの破線の矩形のうち、下側は、第1の受光素子と対応し、上側は、第2の受光素子と対応している。 In the example shown in Figure 14 again, of the two dashed rectangles arranged vertically, the lower one corresponds to the first light receiving element and the upper one corresponds to the second light receiving element.
以上で、本実施形態3に係わる選別処理(S2)は終了する。This completes the selection process (S2) for
(変形例)
図15を参照して、上述した選別処理(S2)の一変形例を説明する。一変形例では、選別部12は、血管マップ生成部35から受信した血管マップデータそのものではなく、その一部を用いて、選別処理(S2)を実行してもよい。
(Modification)
A modified example of the above-mentioned selection process (S2) will be described with reference to Fig. 15. In this modified example, the
本変形例では、選別部12は、上述のステップS222(図13)の前段階において、血管マップデータから、血管を含み、かつ、m×m個(mは1以上の整数)の受光素子120と対応するm×m領域のブロックを抽出する。In this modified example, prior to the above-mentioned step S222 (Figure 13), the
図15は、血管を含み、かつ、m×m個の受光素子120と対応するブロックの一例を示す。図15は、m=2の場合を例示している。この場合、ブロックは、4つの受光素子120と対応することになる。
Figure 15 shows an example of a block that includes blood vessels and corresponds to m x m light receiving
選別部12は、このように抽出したm×m領域のブロックについて、上述した選別処理(S2)のステップS222(図13)以降の処理を実行する。本変形例では、ステップS222移行の処理の説明を省略する。The
本変形例の構成によれば、ブロックと対応する受光素子120の中から、第1の受光素子及び第2の受光素子を選別することができる。さらに、血管マップデータの全体について、選別処理(S2)を実行するよりも、選別部12の処理量(つまり負荷)を低減することができる。According to the configuration of this modified example, the first light receiving element and the second light receiving element can be selected from the
(本実施形態の効果)
本実施形態の構成によれば、センサデータ取得部11は、生体に取り付けられたアレイセンサ100から、複数のセンサデータを取得する。選別部12は、生体情報の測定用の第1の受光素子と、生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120の中から選別する。ノイズ除去部13は、第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、第1の受光素子からの第1のセンサデータから、生体の動きを原因とする体動ノイズを除去する。出力部14は、体動ノイズを除去された第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する。
(Effects of this embodiment)
According to the configuration of this embodiment, the sensor
以上のように、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120の一部を測定用として、また、複数の受光素子120の他の一部を体動ノイズの検知用として選別する。このように異なる役割を持たせた2種類の受光素子120を用いることによって、生体の動きを原因とする体動ノイズをセンサデータから除去することができる。As described above, some of the multiple
さらに、本実施形態の構成によれば、血管マップ生成部35は、生体内における血管の走行位置を示す血管マップデータを生成する。選別部12は、アレイセンサ100を構成する複数の受光素子120のうち、血管マップデータにおいて、血管がある領域と対応する受光素子120を第1の受光素子として選別し、また、血管がない領域と対応する受光素子120を第2の受光素子として選別する。Furthermore, according to the configuration of this embodiment, the vascular
このように、血管マップデータに基づいて、血管がある領域と、血管がない領域とを正確に判別する。したがって、受光素子120と対応する領域ごとの血管の有無に基づいて、生体情報の測定用の第1の受光素子と、生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを選別することができる。In this way, regions with blood vessels and regions without blood vessels are accurately distinguished based on the vascular map data. Therefore, based on the presence or absence of blood vessels in each region corresponding to the
〔ハードウェア構成について〕
前記実施形態1~3で説明した生体測定装置10(30)の各構成要素は、機能単位のブロックを示している。これらの構成要素の一部又は全部は、例えば図16に示すような情報処理装置900により実現される。図16は、情報処理装置900のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
[Hardware configuration]
Each component of the biometric device 10 (30) described in the first to third embodiments is shown as a functional block. Some or all of these components are realized by an
図16に示すように、情報処理装置900は、一例として、以下のような構成を含む。As shown in FIG. 16, the
・CPU(Central Processing Unit)901
・ROM(Read Only Memory)902
・RAM(Random Access Memory)903
・RAM903にロードされるプログラム904
・プログラム904を格納する記憶装置905
・記録媒体906の読み書きを行うドライブ装置907
・通信ネットワーク909と接続する通信インタフェース908
・データの入出力を行う入出力インタフェース910
・各構成要素を接続するバス911
前記実施形態1~3で説明した生体測定装置10(30)の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム904をCPU901が読み込んで実行することで実現される。各構成要素の機能を実現するプログラム904は、例えば、予め記憶装置905やROM902に格納されており、必要に応じてCPU901がRAM903にロードして実行される。なお、プログラム904は、通信ネットワーク909を介してCPU901に供給されてもよいし、予め記録媒体906に格納されており、ドライブ装置907が当該プログラムを読み出してCPU901に供給してもよい。
・CPU (Central Processing Unit) 901
・ROM (Read Only Memory) 902
・RAM (Random Access Memory) 903
A
A
A
An input/
A
Each of the components of the biometric device 10 (30) described in the first to third embodiments is realized by the
上記の構成によれば、前記実施形態1~3において説明した生体測定装置10(30)が、ハードウェアとして実現される。したがって、前記実施形態1~3において説明した効果と同様の効果を奏することができる。According to the above configuration, the biometric measurement device 10 (30) described in the first to third embodiments is realized as hardware. Therefore, it is possible to achieve the same effects as those described in the first to third embodiments.
以上、実施形態(及び実施例)を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態(及び実施例)に限定されるものではない。上記実施形態(及び実施例)の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments (and examples), the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments (and examples). Various modifications that can be understood by a person skilled in the art can be made to the configurations and details of the above-mentioned embodiments (and examples) within the scope of the present invention.
本発明は、例えば、脈拍などの生体情報を測定する生体測定装置、および、生体情報を含む測定データに基づいて、生体の健康や感情など、生体の状態を推定する感情解析装置に利用することができる。 The present invention can be used, for example, in biometric devices that measure biometric information such as pulse rate, and emotion analysis devices that estimate the state of a living organism, such as its health and emotions, based on measurement data including biometric information.
1 システム
10 生体測定装置
11 センサデータ取得部
12 選別部
13 ノイズ除去部
14 出力部
30 生体測定装置
35 血管マップ生成部
100 アレイセンサ
120 受光素子
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
生体情報の測定用の第1の受光素子と、前記生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子の中から選別する選別手段と、
前記第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、前記第1の受光素子からの第1のセンサデータから、前記生体の動きを原因とする体動ノイズを除去するノイズ除去手段と、
前記体動ノイズを除去された前記第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する出力手段と
を備え、
前記選別手段は、前記複数のセンサデータのうち、任意の2つのセンサデータの組み合わせについて、特定の範囲の周波数成分を脈拍成分として検出し、周波数領域における前記脈拍成分のピークの差分を計算し、計算した前記差分が大きい順に、所定数のセンサデータの組み合わせを抽出し、各々のセンサデータの前記組み合わせの間で、検出した前記脈拍成分の大きさを比較することにより、脈拍成分が大きいほうのセンサデータと対応する受光素子を、前記第1の受光素子として選別し、また、前記脈拍成分が小さいほうのセンサデータと対応する受光素子を、前記第2の受光素子として選別する
生体測定装置。 a sensor data acquiring means for acquiring a plurality of sensor data from an array sensor attached to a living body;
a selection means for selecting a first light receiving element for measuring biological information and a second light receiving element for detecting body movement noise caused by the movement of the biological body from among a plurality of light receiving elements constituting the array sensor;
a noise removing means for removing body movement noise caused by the movement of the living body from the first sensor data from the first light receiving element by using the second sensor data from the second light receiving element;
an output means for outputting, as measurement data, frequency components in a specific range included in the first sensor data from which the body movement noise has been removed;
The selection means detects frequency components within a specific range as pulse components for any combination of two sensor data from the plurality of sensor data, calculates the difference between the peaks of the pulse components in the frequency domain, extracts a predetermined number of combinations of sensor data in order of the largest calculated difference, and compares the magnitude of the detected pulse components between each of the combinations of sensor data to select a light receiving element corresponding to the sensor data with the largest pulse component as the first light receiving element, and selects a light receiving element corresponding to the sensor data with the smallest pulse component as the second light receiving element.
前記選別手段は、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子のうち、前記血管マップデータにおいて、前記生体の血管がある領域と対応する受光素子を前記第1の受光素子として選別し、また、前記血管がない領域と対応する受光素子を前記第2の受光素子として選別する
ことを特徴とする請求項1に記載の生体測定装置。 a blood vessel map generating unit for generating blood vessel map data indicating the running positions of blood vessels in the living body,
The biomeasurement device according to claim 1, characterized in that the selection means selects, from among the multiple light-receiving elements constituting the array sensor, light-receiving elements that correspond to areas in the vascular map data where blood vessels of the living body are present as the first light-receiving elements, and selects light-receiving elements that correspond to areas in which blood vessels are not present as the second light-receiving elements.
前記血管マップデータを、前記アレイセンサを構成する個々のセンサと対応する単位血管マップデータに分割し、
前記単位血管マップデータが前記生体の血管を含むか否かに基づいて、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子を選別する
ことを特徴とする請求項2に記載の生体測定装置。 The selecting means is
Dividing the blood vessel map data into unit blood vessel map data corresponding to each individual sensor constituting the array sensor;
3. The biometric device according to claim 2, wherein a plurality of light receiving elements constituting the array sensor are selected based on whether or not the unit blood vessel map data includes a blood vessel of the living body.
ことを特徴とする請求項1に記載の生体測定装置。 The biometric device according to claim 1 , wherein the selection means selects the plurality of light receiving elements constituting the array sensor by comparing the magnitude of the frequency components in the specific range among the plurality of sensor data.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の生体測定装置。 The biometric device according to claim 1 , further comprising a measuring means for measuring a pulse rate of the living body using the first sensor data from which the body movement noise has been removed.
前記生体に取り付けられた前記アレイセンサを含むアレイセンサと、
前記生体測定装置から出力された前記第1のセンサデータに基づいて、前記生体の状態を分析するデータ分析装置と
を備えたシステム。 A biometric measurement device according to any one of claims 1 to 5,
an array sensor including the array sensor attached to the living body;
and a data analysis device that analyzes a state of the living body based on the first sensor data output from the biometric device.
生体情報の測定用の第1の受光素子と、前記生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子の中から選別し、
前記第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、前記第1の受光素子からの第1のセンサデータから、前記生体の動きを原因とする体動ノイズを除去し、
前記体動ノイズを除去された前記第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する
生体測定方法であって、
前記複数の受光素子の中から、前記第1の受光素子および前記第2の受光素子を選別するとき、前記複数のセンサデータのうち、任意の2つのセンサデータの組み合わせについて、特定の範囲の周波数成分を脈拍成分として検出し、周波数領域における前記脈拍成分のピークの差分を計算し、計算した前記差分が大きい順に、所定数のセンサデータの組み合わせを抽出し、各々のセンサデータの前記組み合わせの間で、検出した前記脈拍成分の大きさを比較することにより、脈拍成分が大きいほうのセンサデータと対応する受光素子を、前記第1の受光素子として選別し、また、前記脈拍成分が小さいほうのセンサデータと対応する受光素子を、前記第2の受光素子として選別する
生体測定方法。 Multiple sensor data are acquired from an array sensor attached to a living body,
selecting a first light receiving element for measuring biological information and a second light receiving element for detecting body movement noise caused by the movement of the biological body from among the plurality of light receiving elements constituting the array sensor;
removing body movement noise caused by movement of the living body from first sensor data from the first light receiving element by using second sensor data from the second light receiving element;
outputting, as measurement data, frequency components in a specific range included in the first sensor data from which the body movement noise has been removed, the biometric measurement method comprising:
a light receiving element corresponding to the sensor data having a larger pulse component than the pulse component in the frequency domain; a light receiving element corresponding to the sensor data having a smaller pulse component than the pulse component in the frequency domain; a light receiving element corresponding to the sensor data having a larger pulse component than the pulse component in the frequency domain;
前記アレイセンサを構成する複数の受光素子のうち、前記血管マップデータにおいて、前記生体の血管がある領域と対応する受光素子を前記第1の受光素子として選別し、また、前記血管がない領域と対応する受光素子を前記第2の受光素子として選別する
ことを特徴とする請求項7に記載の生体測定方法。 generating vascular map data indicating the running positions of blood vessels in the living body;
The biomeasurement method according to claim 7, characterized in that, of the multiple light-receiving elements constituting the array sensor, light-receiving elements corresponding to areas in the vascular map data where blood vessels of the living body are present are selected as the first light-receiving elements, and light-receiving elements corresponding to areas in which blood vessels are not present are selected as the second light-receiving elements.
生体情報の測定用の第1の受光素子と、前記生体の動きを原因とする体動ノイズの検知用の第2の受光素子とを、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子の中から選別する処理と、
前記第2の受光素子からの第2のセンサデータを用いて、前記第1の受光素子からの第1のセンサデータから、前記生体の動きを原因とする体動ノイズを除去する処理と、
前記体動ノイズを除去された前記第1のセンサデータに含まれる特定の範囲の周波数成分を、測定データとして出力する処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記コンピュータが、前記複数の受光素子の中から、前記第1の受光素子および前記第2の受光素子を選別する前記処理において、前記複数のセンサデータのうち、任意の2つのセンサデータの組み合わせについて、特定の範囲の周波数成分を脈拍成分として検出し、周波数領域における前記脈拍成分のピークの差分を計算し、計算した前記差分が大きい順に、所定数のセンサデータの組み合わせを抽出し、各々のセンサデータの前記組み合わせの間で、検出した前記脈拍成分の大きさを比較することにより、脈拍成分が大きいほうのセンサデータと対応する受光素子を、前記第1の受光素子として選別し、また、前記脈拍成分が小さいほうのセンサデータと対応する受光素子を、前記第2の受光素子として選別する
プログラム。 A process of acquiring a plurality of sensor data from an array sensor attached to a living body;
A process of selecting a first light receiving element for measuring biological information and a second light receiving element for detecting body movement noise caused by the movement of the biological body from among a plurality of light receiving elements constituting the array sensor;
a process of removing body movement noise caused by movement of the living body from first sensor data from the first light receiving element by using second sensor data from the second light receiving element;
and outputting, as measurement data, frequency components in a specific range included in the first sensor data from which the body movement noise has been removed, the frequency components being included in the first sensor data, the program for causing a computer to execute the steps of:
The computer, in the process of selecting the first light receiving element and the second light receiving element from the plurality of light receiving elements, detects frequency components in a specific range as pulse components for a combination of any two of the plurality of sensor data, calculates the difference between the peaks of the pulse components in the frequency domain, extracts a predetermined number of combinations of sensor data in order of the largest calculated difference, and compares the magnitude of the detected pulse component between each of the combinations of sensor data to select the light receiving element corresponding to the sensor data with the largest pulse component as the first light receiving element, and selects the light receiving element corresponding to the sensor data with the smallest pulse component as the second light receiving element.
前記選別する処理において、前記アレイセンサを構成する複数の受光素子のうち、前記血管マップデータにおいて、前記生体の血管がある領域と対応する受光素子を前記第1の受光素子として選別し、また、前記血管がない領域と対応する受光素子を前記第2の受光素子として選別する
ことを特徴とする請求項9に記載のプログラム。 further causing the computer to execute a process of generating vascular map data indicating the running positions of blood vessels in the living body;
The program according to claim 9, characterized in that in the selection process, of the multiple light receiving elements constituting the array sensor, light receiving elements corresponding to areas in the vascular map data where blood vessels of the living body are present are selected as the first light receiving elements, and light receiving elements corresponding to areas where no blood vessels are present are selected as the second light receiving elements.
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