JP7363461B2 - 身体情報導出装置 - Google Patents

Description

本発明は、身体情報導出装置に関する。

従来、人の左右対称的な位置にそれぞれ位置する血管から取得される振動のデータに基づいて、前記血管の振動に関する物理量を取得することにより、前記血管の動脈硬化の検査を行うことができる測定対象血管の機械的性質の計測装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この計測装置では、人の左右対称的な位置にそれぞれ位置する血管の振動の物量量の差を表示する際、左右の測定対象血管の振動の位相差を表示することにより、血管機能の低下を導出することが可能となっている。

特開２０１０－１８７９２７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている計測装置では、左右対称的な位置にそれぞれ位置する血管の振動を計測する際に、左右での計測タイミングの同期や計測レベルの基準については考慮されていないため、左右対称的な位置にそれぞれ位置する血管の振動の位相差を精確に抽出することができず、そのため、血管機能の低下を精確に導出することができないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、人の左右対称的な位置から検出される生体情報に基づいて当該人の身体情報を精確に導出することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る身体情報導出装置は、
人の左右対称的な位置に装着する、前記人の生体情報を測定する第１と第２の脈波センサと、
前記第１の脈波センサと前記第２の脈波センサの動作を同期させるための同期信号を発生する同期信号発生回路と、
前記第１の脈波センサと前記第２の脈波センサに供給する同電位の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記第１の脈波センサが出力する第１の脈波データと、前記第２の脈波センサが出力する第２の脈波データと、に基づいて、互いの脈波データの測定タイミングの差を算出する測定タイミング差算出手段と、
前記第１の脈波データと、前記第２の脈波データと、に基づいて前記人の血圧値を導出する身体情報値導出手段と、
を備え、
前記第１の脈波センサと前記第２の脈波センサは、前記同期信号と前記基準電圧に基づいて、所定の時間間隔でサンプリングされたサンプリングデータを、前記第１の脈波データと前記第２の脈波データとして出力し、
前記身体情報値導出手段は、
前記第１の脈波データにおける第１の基準点と、前記第１の基準点と同一の特性を有する前記第２の脈波データにおける第２の基準点と、を抽出する基準点抽出手段と、
前記測定タイミング差算出手段によって算出された前記測定タイミングの差が所定の閾値未満となる前記第１の脈波データ及び前記第２の脈波データを対象として、前記第１の脈波データの第１の基準点における第１の時間と、前記第２の脈波データの第２の基準点における第２の時間と、の時間差を算出する差分値算出手段と、を備え、
前記時間差に基づいて、前記人の血圧値を導出する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、人の左右対称的な位置から検出される生体情報に基づいて当該人の身体情報を精確に導出することができる。

血圧推定装置の外観を示す図である。 血圧推定装置の構成を機能ごとに表す機能ブロック図である。 血圧値推定処理を示すフローチャートである。 （ａ）は或るタイミングにおいて左耳用イヤホン部から出力された脈波データを示す図であり、（ｂ）は右耳用イヤホン部から出力された脈波データを示す図である。 脈波伝搬時間の算出方法を説明するための図である。

以下、本発明に係る身体情報導出装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る身体情報導出装置を適用した一実施形態の血圧推定装置１００の外観を示す図である。

図１に示すように、血圧推定装置１００は、いわゆるヒアラブルデバイスであり、ユーザの左右の耳（人の左右対称的な位置）にそれぞれ装着されるイヤホン部１と、コントローラ部２と、を備える。血圧推定装置１００は、各イヤホン部１の間がケーブル（有線）３で接続されており、その線路の途中に各イヤホン部１を制御するコントローラ部２が備えられている。

イヤホン部１は、図１に示すように、ユーザ（人）の左耳に装着される左耳用イヤホン部（第１のセンサ）１Ａと右耳に装着される右耳用イヤホン部（第２のセンサ）１Ｂとにより構成されている。イヤホン部１は、ユーザの拍動に応じた脈波を測定する脈波センサ１１が搭載されている。

図２は、血圧推定装置１００の構成を機能ごとに表す機能ブロック図である。
図２に示すように、血圧推定装置１００は、左耳用イヤホン部１Ａと、右耳用イヤホン部１Ｂと、コントローラ部２と、が電気的に接続（有線接続）された状態で構成されている。なお、左耳用イヤホン部１Ａと右耳用イヤホン部１Ｂは、筐体の形状が左右対称であること以外は構成が略同様であるため、以下、左耳用イヤホン部１Ａについて説明を行い、右耳用イヤホン部１Ｂについてはその説明を省略する。

左耳用イヤホン部１Ａは、脈波センサ１１と、アンプ部１２と、Ａ／Ｄ変換部１３と、Ｉ／Ｆ部１４と、を備える。

脈波センサ１１は、光電式の脈波センサであり、発光部１１１と、受光部１１２と、を備える。発光部１１１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などで構成されており、ユーザの耳に向けて光を照射する。受光部１１２は、例えば、ＰＤ（Photo Diode）などで構成されており、発光部１１１からユーザの耳に照射された光のうち反射された光を受光する。受光部１１２は、受光した反射光の強度を電圧値に変換した脈波信号をアンプ部１２に出力する。

ここで、発光部１１１からユーザの耳に照射された光は皮膚表面や皮膚内部に到達し、その一部は反射し、一部は吸収される。体内の血管内ではヘモグロビンによる光の吸収がある。このヘモグロビンの量は血流の量に依存することから、受光部１１２を介して反射光の変化を計測すればユーザの脈波を測定することができる。

アンプ部１２は、受光部１１２から出力される脈波信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換部１３へ出力するアンプである。

Ａ／Ｄ変換部１３は、アンプ部１２によって増幅された脈波信号をデジタル信号である脈波データに変換し、後述するＩ／Ｆ部１４を介してコントローラ部２の制御部２１に出力する。

Ｉ／Ｆ部１４は、コントローラ部２との間で信号やデータを入出力するためのインターフェイスであり、上述のようにケーブル（有線）３によりコントローラ部２と接続されている。

コントローラ部２は、制御部２１と、記憶部２２と、ＲＴＣ部２３と、同期信号発生回路２４と、電源回路２５と、電池２６と、操作部２７と、Ｉ／Ｆ部２８と、通信部２９と、を備える。

制御部（身体情報値導出手段、基準点抽出手段、差分値算出手段、測定タイミング差算出手段、測定レベル差算出手段）２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等により構成され、ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより、血圧推定装置１００の各部の動作を制御する。

記憶部２２は、例えば、フラッシュメモリ等を媒体としてデータの書き込み及び読み出しが可能な記憶装置を備え、各種のデータ（例えば、血圧データ（血圧値データ、血圧変動値データ）や脈波データ）を記憶する。

ＲＴＣ部２３は、現在の日時（年月日や曜日、時刻など）を示す現在日時情報を生成し、当該現在日時情報を制御部２１に出力するリアルタイムクロックである。

同期信号発生回路２４は、左耳用イヤホン部１Ａと右耳用イヤホン部１Ｂの動作を同期させるための同期信号を発生させる回路である。例えば、制御部２１の制御下において、同期信号発生回路２４で発生させた同期信号を各イヤホン部１のＡ／Ｄ変換部１３に入力することで、脈波データの出力タイミングを各イヤホン部１の間で合わせることが可能となる。

電源回路（基準電圧生成回路）２５は、各イヤホン部１の各部、並びに、コントローラ部２の各部の動作に用いられる電源（電力）を電池２６に蓄えて出力する。本実施形態では、各イヤホン部１の各部に向けて出力する電源を共有するとともに、各イヤホン部１とコントローラ部２のＧＮＤ（グランド：接地電位）をそれぞれ共通のＧＮＤ（接地電位）としているので、各イヤホン部１での脈波測定時の電圧の基準レベルを容易に合わせることが可能となっている。

電池２６は、充電された電力を出力可能な電池（例えば、リチウムイオン電池等の二次電池）である。

操作部２７は、例えば、血圧推定装置１００の電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替える電源ボタン２７１、各イヤホン部１の発光部１１１の輝度調整を行う調整ボタン２７２などを備えており、この操作部２７からの指示に基づいて制御部２１は各部を制御する。

Ｉ／Ｆ部２８は、各イヤホン部１との間で信号やデータを入出力するためのインターフェイスであり、上述のようにケーブル（有線）３により各イヤホン部１と接続されている。

通信部２９は、制御部２１の制御下において、記憶部２２より取得したデータ（例えば、血圧データ（血圧値データ、血圧変動値データ）や脈波データ）を外部の情報端末に出力するものであり、例えば、ＵＳＢ端子などの有線式の通信部や、Bluetooth（登録商標）などの近距離無線通信規格を採用した通信部である。

次に、図３を参照して、血圧推定装置１００で実行される血圧値推定処理を説明する。
図３は、血圧値推定処理を示すフローチャートである。

図３に示すように、先ず、制御部２１は、各イヤホン部１において脈波センサ１１を起動させ脈波測定を開始させる（ステップＳ１）。

次いで、制御部２１は、各イヤホン部１から左右の耳で測定された脈波データを逐次取得する（ステップＳ２）。図４（ａ）は、或るタイミングにおいて左耳用イヤホン部１Ａから取得された脈波データを示す図であり、同図（ｂ）は、右耳用イヤホン部１Ｂから取得された脈波データを示す図である。

次いで、制御部２１は、ステップＳ２で取得された各脈波データの測定タイミングの差が所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、各脈波データの測定タイミングの差が所定の閾値未満ではないと判定された場合（ステップＳ３；ＮＯ）、制御部２１は、処理をステップＳ８へ進める。
一方、ステップＳ３において、各脈波データの測定タイミングの差が所定の閾値未満であると判定された場合（ステップＳ３；ＹＥＳ）、制御部２１は、当該各脈波データの測定レベルの差が所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、各脈波データの測定レベルの差が所定の閾値未満ではないと判定された場合（ステップＳ４；ＮＯ）、制御部２１は、処理をステップＳ８へ進める。
一方、ステップＳ４において、各脈波データの測定レベルの差が所定の閾値未満であると判定された場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、制御部２１は、当該各脈波データ（左右の耳で測定された脈波データ）に基づき、脈波伝搬速度を算出する（ステップＳ５）。

具体的には、制御部２１は、下記の式（１）に基づいて、脈波伝搬速度；ＰＷＶ（Pulse Wave Velocity）を算出する。
ＰＷＶ（cm/s）＝Ｌ／ＰＴＴ・・・（１）
Ｌ；左耳と右耳との２部位間距離
ＰＴＴ（Pulse Transmission Time）；脈波伝搬時間（左耳と右耳との２部位における脈波時間差）

ここで、脈波伝搬時間の算出方法について説明する。
図５に示すように、制御部２１は、先ず、左耳の脈波データにおける一の基準点（例えば、極小点）と、当該一の基準点と同一の特性を有する右耳の脈波データにおける一の基準点と、を抽出する。そして、制御部２１は、左耳の脈波データの上記基準点における時間（第１のデータ値）と、右耳の脈波データの上記基準点における時間（第２のデータ値）と、の時間差（差分）から脈波伝搬時間（ＰＴＴ）を算出する。

次いで、制御部２１は、ステップＳ５で算出された脈波伝搬速度に基づき、血圧値を推定する（ステップＳ６）。

具体的には、制御部２１は、下記の式（２）に基づいて、血圧値を推定（導出）する。
ｙ＝（０．０７２＋α１）ｘ＋α２・・・（２）
ｙ；血圧値（mmHg）
ｘ；ＰＷＶ（cm/s）
α１、α２；個体調整値

次いで、制御部２１は、各脈波データの測定時刻が対応付けられたステップＳ６で推定された血圧値を記憶部２２に記憶する（ステップＳ７）。

次いで、制御部２１は、操作部２７を介して、血圧値推定処理を終了させる操作（例えば、電源ボタン２７１の押下による電源ＯＦＦ操作）がなされたか否かを判定する（ステップＳ８）。

ステップＳ８において、血圧値推定処理を終了させる操作がなされていないと判定された場合（ステップＳ８；ＮＯ）、制御部２１は、処理をステップＳ２へ戻し、それ以降の処理を繰り返し行う。したがって、本実施形態では、ステップＳ２～ステップＳ７の一連の処理を繰り返し行うことで、連続的な血圧推定値（血圧変動値）が得られるようになる。
一方、ステップＳ８において、血圧値推定処理を終了させる操作がなされたと判定された場合（ステップＳ８；ＹＥＳ）、制御部２１は、血圧値推定処理を終了させる。

以上のように、本実施形態の血圧推定装置１００は、ユーザの左右の耳（左右対称的な位置）に装着する、ユーザの脈波（生体情報）を測定する左耳用イヤホン部（第１のセンサ）１Ａと右耳用イヤホン部（第２のセンサ）１Ｂと、左耳用イヤホン部１Ａと右耳用イヤホン部１Ｂの動作を同期させるための同期信号を発生する同期信号発生回路２４と、左耳用イヤホン部１Ａと右耳用イヤホン部１Ｂに供給する同電位の基準電圧を生成する電源回路（基準電圧生成回路）２５と、左耳用イヤホン部１Ａが出力する脈波データ（第１のデータ）と、右耳用イヤホン部１Ｂが出力する脈波データ（第２のデータ）と、に基づいてユーザの血圧値（身体情報に係る値）を導出する制御部（身体情報値導出手段）２１と、を備え、左耳用イヤホン部１Ａと右耳用イヤホン部１Ｂとコントローラ部２（同期信号発生回路２４と電源回路２５）は、互いに有線接続され、共通のＧＮＤ（接地電位）を有し、左耳用イヤホン部１Ａと右耳用イヤホン部１Ｂは、互いに同期がとられた状態であるとともに同電位の基準電圧が供給されている状態で脈波データを出力する。
したがって、血圧推定装置１００によれば、左耳用イヤホン部１Ａと右耳用イヤホン部１Ｂのそれぞれにおいてユーザの脈波を精確に測定することができるので、測定された脈波データからユーザの血圧値も精確に導出することができるようになる。
また、血圧推定装置１００によれば、従来のようにカフを腕に巻いて血圧値を計測したり、大掛かりな装置を用いて血圧値を導出する必要がなくなるので、日常生活において、負荷なく血圧値の導出を連続的に行うことができるようになる。この結果、血圧推定装置１００によれば、血圧値を精確に且つ簡便に導出することができるとともに、血圧値の時間的変化を示す血圧変動値も導出することができるようになる。

また、血圧推定装置１００によれば、制御部２１によって、左耳用イヤホン部１Ａが出力する脈波データにおける第１の基準点と、この第１の基準点と同一の特性を有する右耳用イヤホン部１Ｂが出力する脈波データにおける第２の基準点と、を抽出し、当該第１の基準点における第１の時間と、当該第２の基準点における第２の時間と、の時間差を算出し、この時間差に基づいて、ユーザの血圧値を導出するので、ユーザの血圧値をより精確に導出することができるようになる。

また、血圧推定装置１００によれば、制御部２１によって、左耳用イヤホン部１Ａが出力する脈波データと、右耳用イヤホン部１Ｂが出力する脈波データと、に基づいて、互いの脈波データの測定タイミングの差を算出し、算出された測定タイミングの差が所定の閾値未満となる当該互いの脈波データを対象として、上記時間差を算出するので、ユーザの血圧値をより一層精確に導出することができるようになる。

また、血圧推定装置１００によれば、制御部２１によって、左耳用イヤホン部１Ａが出力する脈波データと、右耳用イヤホン部１Ｂが出力する脈波データと、に基づいて、互いの脈波データの測定レベルの差を算出し、算出された測定レベルの差が所定の閾値未満となる当該互いの脈波データを対象として、上記時間差を算出するので、ユーザの血圧値をより一層精確に導出することができるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態では、日常生活において装着していても違和感のない装置として、イヤホン型の血圧推定装置１００を一例に挙げ、人の左右対称的な位置をユーザの左右の耳としたが、これ以外にも眼鏡型の血圧推定装置であっても良い。眼鏡型の血圧推定装置の場合、例えば、テンプル先端の耳に掛ける部位であるモダン（先セル）に脈波センサを設け、ユーザの左右の耳輪を人の左右対称的な位置とし、ユーザの左右の耳輪において脈波をそれぞれ測定できるようにする。また、テンプルに脈波センサを設け、ユーザの左右のこめかみを人の左右対称的な位置とし、ユーザの左右のこめかみにおいて脈波をそれぞれ測定したり、リムに脈波センサを設け、ユーザの左右の額部分（例えば、眉毛の直上付近）を人の左右対称的な位置とし、ユーザの左右の額部分（例えば、眉毛の直上付近）において脈波をそれぞれ測定できるようにしても良い。

また、上記実施形態では、各イヤホン部１の間を単にケーブルで繋ぐ構成としたが、例えば、血圧推定装置１００をヘッドバンド型やネックバンド型として、これらのバンド部分の長手方向に沿ってケーブルを架設するようにしても良い。

また、血圧推定装置１００において、ユーザの体動を検出するモーションセンサ（例えば、３軸加速度センサ）を備え、制御部２１は、各イヤホン部１から脈波データを取得する際に、当該モーションセンサから体動データ（例えば、加速度データ）を取得し、各データに基づいて周波数解析を行い、体動データから解析される体動成分を脈波データから除去することができるようにしても良い。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲をその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

〔付記〕
＜請求項１＞
人の左右対称的な位置に装着する、前記人の生体情報を測定する第１と第２のセンサと、
前記第１のセンサと前記第２のセンサの動作を同期させるための同期信号を発生する同期信号発生回路と、
前記第１のセンサと前記第２のセンサに供給する同電位の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記第１のセンサが出力する第１のデータと、前記第２のセンサが出力する第２のデータと、に基づいて前記人の身体情報に係る値を導出する身体情報値導出手段と、
を備え、
前記第１のセンサと前記第２のセンサと前記同期信号発生回路と前記基準電圧生成回路は、互いに有線接続され、共通のＧＮＤを有し、
前記第１のセンサと前記第２のセンサは、前記同期信号と前記基準電圧に基づいて前記第１のデータと前記第２のデータを出力する、
ことを特徴とする身体情報導出装置。
＜請求項２＞
前記人の左右対称的な位置は前記人の左右の耳であり、
前記第１のセンサと前記第２のセンサは、脈波センサであり、
前記身体情報値導出手段は、前記第１のセンサが出力する第１の脈波データと、前記第２のセンサが出力する第２の脈波データと、に基づいて、前記人の血圧値を導出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の身体情報導出装置。
＜請求項３＞
前記身体情報値導出手段は、
前記第１の脈波データにおける第１の基準点と、前記第１の基準点と同一の特性を有する前記第２の脈波データにおける第２の基準点と、を抽出する基準点抽出手段と、
前記第１の脈波データの第１の基準点における第１のデータ値と、前記第２の脈波データの第２の基準点における第２のデータ値と、の差分値を算出する差分値算出手段と、を備え、
前記差分値に基づいて、前記人の血圧値を導出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の身体情報導出装置。
＜請求項４＞
前記第１のセンサと前記第２のセンサは所定の時間間隔でサンプリングされたサンプリングデータを、前記第１の脈波データと前記第２の脈波データとして出力し、
前記差分値算出手段は、前記第１の脈波データの第１の基準点における第１の時間と、前記第２の脈波データの第２の基準点における第２の時間と、の時間差を算出し、
前記身体情報値導出手段は、前記時間差に基づいて、前記人の血圧値を導出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の身体情報導出装置。
＜請求項５＞
前記第１のセンサが出力する前記第１の脈波データと、前記第２のセンサが出力する前記第２の脈波データと、に基づいて、互いの脈波データの測定タイミングの差を算出する測定タイミング差算出手段を備え、
前記差分値算出手段は、前記測定タイミング差算出手段によって算出された前記測定タイミングの差が所定の閾値未満となる前記第１の脈波データ及び前記第２の脈波データを対象として、前記時間差を算出する、
ことを特徴とする請求項４に記載の身体情報導出装置。
＜請求項６＞
前記第１のセンサが出力する前記第１の脈波データと、前記第２のセンサが出力する前記第２の脈波データと、に基づいて、互いの脈波データの測定レベルの差を算出する測定レベル差算出手段を備え、
前記差分値算出手段は、前記測定レベル差算出手段によって算出された前記測定レベルの差が所定の閾値未満となる前記第１の脈波データ及び前記第２の脈波データを対象として、前記時間差を算出する、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の身体情報導出装置。

１００ 血圧推定装置
１ イヤホン部
１Ａ 左耳用イヤホン部（第１のセンサ）
１Ｂ 右耳用イヤホン部（第２のセンサ）
１１ 脈波センサ
１１１ 発光部
１１２ 受光部
１２ アンプ部
１３ Ａ／Ｄ変換部
１４ Ｉ／Ｆ部
２ コントローラ部
２１ 制御部
２２ 記憶部
２３ ＲＴＣ部
２４ 同期信号発生回路
２５ 電源回路（基準電圧生成回路）
２６ 電池
２７ 操作部
２８ Ｉ／Ｆ部
２９ 通信部

Claims (3)

1. 人の左右対称的な位置に装着する、前記人の生体情報を測定する第１と第２の脈波センサと、
   前記第１の脈波センサと前記第２の脈波センサの動作を同期させるための同期信号を発生する同期信号発生回路と、
   前記第１の脈波センサと前記第２の脈波センサに供給する同電位の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
   前記第１の脈波センサが出力する第１の脈波データと、前記第２の脈波センサが出力する第２の脈波データと、に基づいて、互いの脈波データの測定タイミングの差を算出する測定タイミング差算出手段と、
   前記第１の脈波データと、前記第２の脈波データと、に基づいて前記人の血圧値を導出する身体情報値導出手段と、
   を備え、
   前記第１の脈波センサと前記第２の脈波センサは、前記同期信号と前記基準電圧に基づいて、所定の時間間隔でサンプリングされたサンプリングデータを、前記第１の脈波データと前記第２の脈波データとして出力し、
   前記身体情報値導出手段は、
   前記第１の脈波データにおける第１の基準点と、前記第１の基準点と同一の特性を有する前記第２の脈波データにおける第２の基準点と、を抽出する基準点抽出手段と、
   前記測定タイミング差算出手段によって算出された前記測定タイミングの差が所定の閾値未満となる前記第１の脈波データ及び前記第２の脈波データを対象として、前記第１の脈波データの第１の基準点における第１の時間と、前記第２の脈波データの第２の基準点における第２の時間と、の時間差を算出する差分値算出手段と、を備え、
   前記時間差に基づいて、前記人の血圧値を導出する、
   ことを特徴とする身体情報導出装置。
2. 前記第１の脈波センサと前記第２の脈波センサと前記同期信号発生回路と前記基準電圧生成回路は、互いに有線接続され、共通のＧＮＤを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の身体情報導出装置。
3. 前記人の左右対称的な位置は前記人の左右の耳である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の身体情報導出装置。

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