JP6730899B2 - 電子装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、電子装置、制御方法及びプログラムに関する。

従来、被検者（ユーザ）から取得した生体情報に関するデータにおいて、ノイズを除去する装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００７−０５４４７１号公報 特開２０１３−１５０７７２号公報

従来の装置は、有用性を高めるための更なる改善の余地がある。

本発明の目的は、有用性を向上可能な電子装置、制御方法及びプログラムを提供することにある。

一態様の電子装置は、発光部と、受光部と、制御部とを備える。前記発光部は、被検部位に測定光を照射する。前記受光部は、前記被検部位からの前記測定光の散乱光を受光する。前記制御部は、前記受光部の出力に基づいて生体情報を生成する。前記制御部は、前記生体情報において定めた所定期間ごとに、前記生体情報に関する振幅の範囲を決定し、前記振幅の範囲に基づいて、前記生体情報のノイズを検出する。

一態様の制御方法は、被検部位に測定光を照射するステップと、前記被検部位からの前記測定光の散乱光を受光するステップと、前記散乱光の受光強度に基づいて生体情報を生成するステップとを含む。前記制御方法は、さらに、前記生体情報において所定期間を定めるステップと、前記定めた所定期間ごとに、前記生体情報に関する振幅の範囲を決定するステップと、前記決定した振幅の範囲に基づいて、前記生体情報のノイズを検出するステップとを含む。

一態様のプログラムは、コンピュータに、被検部位に測定光を照射するステップと、前記被検部位からの前記測定光の散乱光を受光するステップと、前記散乱光の受光強度に基づいて生体情報を生成するステップとを実行させる。前記プログラムは、さらに、前記生体情報において所定期間を定めるステップと、前記定めた所定期間ごとに、前記生体情報に関する振幅の範囲を決定するステップと、前記決定した振幅の範囲に基づいて、前記生体情報のノイズを検出するステップとを実行させる。

本開示に係る電子装置、制御方法及びプログラムによれば、有用性を向上可能である。

本開示の一実施形態に係る電子装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 図１の制御部により生成された血流量のグラフの一例を示す図である。 図１の電子装置によるノイズの検出及び補正処理の詳細の一例を示すフローチャートである。 図１の制御部により生成されるヒストグラムの一例を示す図である。 図１の電子装置によるノイズの検出及び補正処理の一例について説明する図である。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る電子装置１００の概略構成を示す機能ブロック図である。電子装置１００は、生体センサ１１０と、制御部１２０と、記憶部１３０と、入力部１４０と、表示部１５０とを備える。

電子装置１００は、被検者の生体情報を測定する。電子装置１００は、生体センサ１１０が取得した生体情報のデータ（以下、単に「データ」とも称する）に基づいて、生体情報を測定する。電子装置１００は、例えば、生体センサ１１０が指又は額等の被検部位に接触された状態で、データを取得する。電子装置１００が測定する生体情報は、生体センサ１１０が取得したデータを用いて測定可能な任意の生体に関する情報である。本実施形態では、生体情報が、血流量に関する情報であるとして説明するが、生体情報はこれに限られない。

生体センサ１１０は、生体情報のデータを取得する。生体センサ１１０は、例えば被検部位に接触された状態で、生体情報のデータを取得する。生体センサ１１０は、発光部１１１と受光部１１２とを備えていてよい。生体センサ１１０は、被検部位に測定光を照射して、被検部位の内部の組織からの反射光（散乱光）を取得する。生体センサ１１０は、取得した散乱光の光電変換信号を、制御部１２０に送信する。

発光部１１１は、制御部１２０の制御に基づいて測定光を被検部位に照射する。発光部１１１は、例えば、血液中に含まれる所定の成分を検出可能な波長のレーザ光を、測定光として被検部位に照射する。発光部１１１は、例えばＬＤ（レーザダイオード：Laser Diode）により構成されていてよい。

受光部１１２は、被検部位からの測定光の散乱光を受光する。受光部１１２は、例えば、ＰＤ（フォトダイオード：Photo Diode）により構成されていてよい。受光部１１２が受光した散乱光の光電変換信号は、制御部１２０に送信される。

制御部１２０は、電子装置１００の各機能ブロックをはじめとして、電子装置１００の全体を制御及び管理する少なくとも１つのプロセッサ１２０ａを含む。制御部１２０は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の少なくとも１つのプロセッサ１２０ａを含んで構成され、その機能を実現する。このようなプログラムは、例えば記憶部１３０、又は電子装置１００に接続された外部の記憶媒体等に格納される。

種々の実施形態によれば、少なくとも１つのプロセッサ１２０ａは、単一の集積回路（ＩＣ）として、又は複数の通信可能に接続された集積回路ＩＣ及び／又はディスクリート回路（discrete circuits）として実行されてもよい。少なくとも１つのプロセッサ１２０ａは、種々の既知の技術に従って実行されることが可能である。

一実施形態において、プロセッサ１２０ａは、例えば、関連するメモリに記憶された指示を実行することによって１以上のデータ計算手続又は処理を実行するように構成された１以上の回路又はユニットを含む。他の実施形態において、プロセッサ１２０ａは、1以上のデータ計算手続き又は処理を実行するように構成されたファームウェア（例えば、ディスクリートロジックコンポーネント）であってもよい。

種々の実施形態によれば、プロセッサ１２０ａは、１以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号処理装置、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらのデバイス若しくは構成の任意の組み合わせ、又は他の既知のデバイス若しくは構成の組み合わせを含み、以下に説明される制御部１２０としての機能を実行してもよい。

制御部１２０は、生体センサ１１０から取得した生体情報のデータに基づき、生体情報を測定（算出）する。制御部１２０は、生体情報として血流量を測定できるが、生体情報は、血流量に限られない。制御部１２０は、生体情報の測定に際し、データにおけるノイズを検出する。制御部１２０によるノイズ検出の詳細については、後述する。

制御部１２０は、データにおけるノイズを検出した場合、当該ノイズを除去するように、データを補正する。制御部１２０によるデータの補正方法の詳細については、後述する。制御部１２０がデータにおけるノイズを補正することにより、電子装置１００による生体情報の測定精度が向上する。

記憶部１３０は、半導体メモリ又は磁気メモリ等で構成されることができる。記憶部１３０は、各種情報や電子装置１００を動作させるためのプログラム等を記憶する。記憶部１３０は、ワークメモリとしても機能してもよい。記憶部１３０は、例えば、生体センサ１１０により取得されたデータを記憶してよい。

入力部１４０は、被検者からの操作入力を受け付けるものであり、例えば、操作ボタン（操作キー）から構成される。入力部１４０をタッチパネルにより構成し、表示デバイスの一部に被検者からの操作入力を受け付ける操作キーを表示して、被検者によるタッチ操作入力を受け付けてもよい。被検者は、例えば入力部１４０へ入力操作を行うことにより、電子装置１００に、生体情報の測定を開始させることができる。

表示部１５０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。表示部１５０は、例えば、電子装置１００による生体情報の測定結果を表示する。

次に、制御部１２０による、ドップラーシフトを利用した血流量測定技術について説明する。

生体の組織内において、動いている血球から散乱された散乱光は、血液中の血球の移動速度に比例したドップラー効果による周波数シフト（ドップラーシフト）を受ける。制御部１２０は、静止した組織からの散乱光と、動いている血球からの散乱光との光の干渉によって生じるうなり信号（ビート信号ともいう）を検出する。このうなり信号は、強度を時間の関数として表したものである。そして、制御部１２０は、このうなり信号を、パワーを周波数の関数として表したパワースペクトルにする。このうなり信号のパワースペクトルでは、ドップラーシフト周波数は血球の速度に比例する。また、このうなり信号のパワースペクトルでは、パワーは血球の量に対応する。制御部１２０は、うなり信号のパワースペクトルに周波数をかけて積分することにより血流量を求める。

図２は、制御部１２０により測定された血流量のグラフの一例を示す図である。図２において、縦軸は血流量を示し、横軸は時間を示す。図２に示すように、血流量のグラフは、被検者の拍動に合わせて上下に振動する形状となる。

ところで、生体情報の測定において、生体情報のデータを取得する生体センサ１１０と被検部位（皮膚）との位置関係が変化した場合、受光部１１２が取得する出力強度が変化する。すなわち、受光部１１２は、動いている血球によるビート信号を検出するが、生体センサ１１０と被検部位との位置関係の変化（ずれ）も、ビート信号として検出されうる。生体センサ１１０と被検部位とのずれによって生じるビート信号は、生体情報の測定精度を低下させるノイズとなる。このノイズを、本明細書において、体動ノイズとも称する。

体動ノイズは、生体センサ１１０と被検部位との位置関係が変化した場合に生じるため、図２に示すグラフは、局所的にノイズを含む。グラフに含まれるノイズを検出し、補正（除去）することにより、生体情報の測定精度が向上する。

一方で、血流量等の生体情報は、人体の活動等により変化する場合がある。例えば、座っている状態と、歩いている状態とでは、血流量は異なる。また、例えば、飲食物を摂取する前後で血流量は変化する。血流量のグラフは、このように人体の活動によっても変動し得るが、人体の活動による変動は、ノイズではないため、ノイズとして検出されると、測定精度の低下の原因となる場合がある。

本実施形態に係る電子装置１００は、人体の活動による血流量の変動をノイズとして検出しにくく、体動ノイズの検出精度を向上できる。以下、電子装置１００による、ノイズの検出及び補正処理の詳細について、制御部１２０による処理内容を中心に説明する。

図３は、電子装置１００によるノイズの検出及び補正処理の詳細の一例を示すフローチャートである。

まず、制御部１２０は、生体センサ１１０から生体情報のデータを取得する（ステップＳ１０１）。

制御部１２０は、取得したデータに基づいて、例えば図２に示すような、血流量のグラフを生成する（ステップＳ１０２）。血流量のグラフは、例えば所定の時間の長さ単位で生成される。所定の時間の長さは、例えば数秒〜数十秒とすることができる。制御部１２０は、当該所定の時間の長さ単位を、図３のフローにおける処理で用いる最初の期間（当初期間）として決定し、処理を行う。

次に、制御部１２０は、血流量のグラフにおける所定期間を定める。所定期間を定めるにあたり、制御部１２０は、所定期間におけるヒストグラムを生成する（ステップＳ１０３）。ここでは、制御部１２０は、当初期間におけるヒストグラムを生成する。

図４は、制御部１２０により生成されるヒストグラムの一例を示す図である。図４に示すように、ヒストグラムは、所定期間における血流量の値と、当該血流量の値の出現頻度とを示す。血流量の値は、所定の微小時間における血流量の値である。出現頻度は、各血流量の値を示す微小時間の出現回数等により表される値である。ヒストグラムは、所定期間における、各血流量の値の出現頻度の分布を示す。

次に、制御部１２０は、生成したヒストグラムが分割条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ１０４）。分割条件は、所定期間において血流量の傾向に変化が発生しているか否かを判定可能な条件である。制御部１２０は、所定期間が分割条件を満たす場合、所定期間において血流の傾向に変化が発生していると判断し、所定期間を分割する。制御部１２０は、所定期間が分割条件を満たさない場合、所定期間において血流の傾向に変化が発生していないと判断し、所定期間を分割しないと決定する。

分割条件は、例えば、ヒストグラムのピーク値（極大値）の数に基づいて定められてよい。例えば、ヒストグラムにおいて、ピーク値が所定の数量（例えば１５個）以上である場合、制御部１２０は、所定期間が分割条件を満たすと判断できる。この所定の数量は上記の１５に限定されるものではなく、例えば、２以上であればよい。なお、ヒストグラムのピーク値（極大値）とは、ヒストグラムの値のうち、ヒストグラムが増加しその後減少した区間における最大の値をいう。ここで、ヒストグラムは頻度のグラフなのでなめらかな山状の分布にはならないが、正規的な分布に近づくほどにピーク値は少なくなるものと想定して、ヒストグラムの分割条件をヒストグラムのピーク値に基づいて決定した。

分割条件は、例えば、ヒストグラムの最頻値の数に基づいて定められてもよい。最頻値は、出現頻度が最も高い血流量の値である。例えば、最頻値が複数存在する場合、制御部１２０は、所定期間が分割条件を満たすと判断できる。

分割条件は、例えば、ヒストグラムの形状に基づいて定められてもよい。例えば、ヒストグラムが正規性を有すると判断される場合、制御部１２０は、所定期間が分割条件を満たすと判断できる。制御部１２０は、例えば、ヒストグラムが、図４（ａ）に示すように血流量のピーク値に近いほど出現頻度が高くなる分布を有する場合、ヒストグラムが正規性を有すると判断し、所定期間が分割条件を満たすと判断できる。制御部１２０は、例えば、ヒストグラムが、図４（ｂ）に示すように血流量のピーク値に近いほど出現頻度が高くなる分布となっていない場合、ヒストグラムが正規性を有しないと判断し、所定期間が分割条件を満たさないと判断できる。

なお、分割条件は、上述した例に限られない。分割条件は、制御部１２０が、所定期間において血流量の傾向に変化が発生しているか否かを判定可能な任意の条件である。また、制御部１２０は、複数の分割条件を組み合わせて、総合的に判断を行ってもよい。

制御部１２０は、ヒストグラムが分割条件を満たすと判断した場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、所定期間を分割する（ステップＳ１０５）。制御部１２０は、例えば所定期間を、当該所定期間の開始時刻と終了時刻の中央で２分割できる。この場合、所定期間は、時間の長さが等しい２つの期間に分割される。制御部１２０は、所定期間を、それぞれ時間の長さが異なる期間に分割してもよい。制御部１２０は、所定期間を３つ以上の期間に分割してもよい。

制御部１２０は、ステップＳ１０５において所定期間を分割すると、ステップＳ１０３に移行する。そして、制御部１２０は、分割した期間を新たな所定期間として、分割により生成された所定期間のそれぞれについて、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４を実行する。

制御部１２０は、所定期間におけるヒストグラムが分割条件を満たさないと判断した場合（ステップＳ１０４のＮｏ）、期間の分割を終了する。ステップＳ１０３乃至ステップＳ１０５において制御部１２０により分割された各期間を、以下「分割期間」とも称する。

図５は、電子装置１００によるノイズの検出及び補正処理の一例について説明する図である。図５では、制御部１２０の処理により、当初期間Ｚ_Iが４つの分割期間Ｚ₁乃至Ｚ₄に分割されている。

制御部１２０は、期間の分割を終了すると、各分割期間における中心値を算出する（ステップＳ１０６）。中心値は、分割期間における血流量のグラフの上下振動の中心を示す値である。制御部１２０は、例えば分割期間のヒストグラムにおける最頻値を、中心値として決定してよい。なお、中心値の算出方法は、これに限られず、分割期間における血流量のグラフの上下振動の中心を算出可能な任意の方法を用いることができる。図５に示す例において、各分割期間Ｚ₁乃至Ｚ₄の中心値は、それぞれＣ₁乃至Ｃ₄として示されている。

次に、制御部１２０は、各分割期間において、互いに時間的に隣接する隣接期間において、中心値が一致するか否かを判断する（ステップＳ１０７）。

制御部１２０は、隣接期間の中心値が一致すると判断した場合（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、当該中心値が一致する隣接期間（すなわち複数の分割期間）を１つの期間に結合する（ステップＳ１０８）。

制御部１２０は、隣接期間の中心値が一致しないと判断した場合（ステップＳ１０７のＮｏ）、ステップＳ１０９に移行する。ステップＳ１０７及びステップＳ１０８により、制御部１２０は、ノイズ検出処理を行うための期間を確定する。なお、図５に示す例では、いずれの期間も結合されていない。

制御部１２０は、各期間において、中心値と実値との差の平均値を算出する（ステップＳ１０９）。ここで、実値は、各時間における血流量の値である。また、制御部１２０は、中心値と実値との差を、絶対値として算出する。すなわち、中心値と実値との差は、実値の中心値からの差（隔たり）を示す。

制御部１２０は、算出した上記平均値に基づいて、各期間においてノイズではないと判断される振幅の範囲を決定する（ステップＳ１１０）。制御部１２０は、例えば、中心値からの差が、上記平均値以内となる範囲を、振幅の範囲と決定してよい。すなわち、振幅の範囲は、中心値を基準に、上記平均値分低い値から上記平均値分高い値までの範囲として決定される。図５において、各分割期間Ｚ₁乃至Ｚ₄において制御部１２０により決定された振幅の範囲は、それぞれＭ₁乃至Ｍ₄として示されている。なお、制御部１２０は、例えば、中心値からの差が、上記平均値に所定の係数を乗算して算出される値以内となる範囲を、振幅の範囲と決定する等、上述の方法とは異なる方法により、振幅の範囲を決定してもよい。

本実施形態において、制御部１２０は、ステップＳ１１０で決定した振幅の範囲を超える場合に、ノイズが発生していると決定する。すなわち、制御部１２０は、ノイズの検出に際し、各期間において、決定した振幅の範囲を超える実値が存在するか否かを判定する（ステップＳ１１１）。

制御部１２０は、各期間において、決定した振幅の範囲を超える実値が存在すると判断した場合（ステップＳ１１１のＹｅｓ）、当該振幅の範囲を超える時間帯にノイズが発生していると判断できる。この場合、制御部１２０は、血流量のグラフの補正を行う（ステップＳ１１２）。制御部１２０は、例えば、振幅の範囲を超える実値を、当該振幅の範囲の最大値又は最小値に置換することにより、補正を行うことができる。制御部１２０は、例えば、実値が振幅の範囲の最大値を超えた（上回った）場合、振幅の範囲を超える実値を、振幅の範囲の最大値に置換してよい。また、制御部１２０は、例えば、実値が振幅の範囲の最小値を超えた（下回った）場合、振幅の範囲を超える実値を、振幅の範囲の最小値に置換してよい。なお、制御部１２０は、他の方法によって補正を行ってもよい。

制御部１２０は、各期間において、決定した振幅の範囲を超える実値が存在しないと判断した場合（ステップＳ１１１のＮｏ）、体動ノイズが発生していないと判断して、このフローを終了する。

上記実施形態に係る電子装置１００は、生体情報において定めた所定期間ごとに、生体情報に関する振幅の範囲を決定し、振幅の範囲に基づいて、生体情報のノイズを検出する。この所定期間は、所定期間において生体情報の傾向に変化が発生しているか否かを判定可能な分割条件に基づいて定められる。そのため、電子装置１００によれば、生体情報の変化の傾向を加味した振幅の範囲を決定し、ノイズを検出できる。これにより、例えば人体の活動等による生体情報の変動をノイズとして検出しないため、電子装置１００による生体情報の測定精度が向上する。このようにして、電子装置１００は、従来の装置と比較して有用性を向上できる。

また、電子装置１００は、ノイズを検出した場合、ノイズを、振幅の範囲の最大値又は最小値に置換することにより、生体情報の補正を行うことができる。このように、生体情報のノイズを、生体情報として想定され得る範囲内に補正することにより、より正確な生体情報を被検者に提供しやすくなる。これにより、電子装置１００は、従来の装置と比較して有用性を向上できる。

本発明を完全かつ明瞭に開示するために一実施形態に関し説明してきた。しかし、添付の請求項は、上記実施形態に限定されるべきものでなく、本明細書に示した基礎的事項の範囲内で当該技術分野の当業者が創作しうるすべての変形例及び代替可能な構成を具現化するように構成されるべきである。また、いくつかの実施形態に示した各要件は、自由に組み合わせが可能である。

１００ 電子装置
１１０ 生体センサ
１１１ 発光部
１１２ 受光部
１２０ 制御部
１２０ａ プロセッサ
１３０ 記憶部
１４０ 入力部
１５０ 表示部

Claims (9)

1. 被検部位に測定光を照射する発光部と、
   前記被検部位からの前記測定光の散乱光を受光する受光部と、
   前記受光部の出力に基づいて生体情報を生成する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記生体情報において所定期間を定め、
   前記制御部は、前記生体情報に関するヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムが、前記所定期間において前記生体情報の傾向に変化が発生しているか否かを判定する分割条件を満たす場合、前記所定期間を分割して新たな所定期間を定め、
   前記制御部は、前記所定期間、または前記新たな所定期間ごとに、前記生体情報に関する振幅の範囲を決定し、前記振幅の範囲に基づいて、前記生体情報のノイズを検出する、
   電子装置。
2. 前記制御部は、前記所定期間、または前記新たな所定期間ごとに、前記振幅の範囲を超える前記生体情報の値を検出した場合に、前記ノイズを検出する、請求項１に記載の電子装置。
3. 前記分割条件は、前記ヒストグラムにおける最頻値の数及びピークの数の少なくともいずれかに基づく条件である、請求項２に記載の電子装置。
4. 前記制御部は、前記所定期間、または前記新たな所定期間における前記ヒストグラムの最頻値を中心値として決定し、前記中心値から所定の範囲を前記振幅の範囲と決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電子装置。
5. 前記制御部は、前記所定期間において、前記中心値と前記生体情報の実値との差の平均値を算出し、前記中心値から前記平均値の範囲を前記振幅の範囲と決定する、請求項４に記載の電子装置。
6. 前記制御部は、前記ノイズを検出した場合、前記生体情報の補正を行う、請求項１から５のいずれか一項に記載の電子装置。
7. 前記制御部は、前記生体情報における前記ノイズを、前記振幅の範囲の最大値又は最小値に置換することにより前記補正を行う、請求項６に記載の電子装置。
8. 被検部位に測定光を照射するステップと、
   前記被検部位からの前記測定光の散乱光を受光するステップと、
   前記散乱光の受光強度に基づいて生体情報を生成するステップと、
   前記生体情報において所定期間を定めるステップと、
   前記生体情報に関するヒストグラムを生成するステップと、
   前記ヒストグラムが、前記所定期間において前記生体情報の傾向に変化が発生しているか否かを判定する分割条件を満たす場合、前記所定期間を分割して新たな所定期間を定めるステップと、
   前記定めた所定期間、または前記新たな所定期間ごとに、前記生体情報に関する振幅の範囲を決定するステップと、
   前記決定した振幅の範囲に基づいて、前記生体情報のノイズを検出するステップと、
   を含む制御方法。
9. コンピュータに、
   被検部位に測定光を照射するステップと、
   前記被検部位からの前記測定光の散乱光を受光するステップと、
   前記散乱光の受光強度に基づいて生体情報を生成するステップと、
   前記生体情報において所定期間を定めるステップと、
   前記生体情報に関するヒストグラムを生成するステップと、
   前記ヒストグラムが、前記所定期間において前記生体情報の傾向に変化が発生しているか否かを判定する分割条件を満たす場合、前記所定期間を分割して新たな所定期間を定めるステップと、
   前記定めた所定期間、または前記新たな所定期間ごとに、前記生体情報に関する振幅の範囲を決定するステップと、
   前記決定した振幅の範囲に基づいて、前記生体情報のノイズを検出するステップと、
   を実行させるプログラム。
   
   

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