以下、本発明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、本発明の一実施形態に係る測定装置100の概略構成を示す模式的な斜視図である。図1に示すように、測定装置100は、装着部110と、センサ部120a、120bとを備える。図1に示すように、装着部110は、図に示すZ軸負方向を向く裏面111及びZ軸正方向を向く表面112を有する。測定装置100は、装着部110の裏面111側が被検者の生体の被検部位に向いた状態で装着して使用される。このため、被検者が測定装置100の装着部110を装着した状態では、被検者は、装着部110の表面112を見ることができる。
測定装置100の装着部110は、その裏面111側に開口部113a、113bを有する。測定装置100は、開口部113aからはセンサ部120aが突出し、開口部113bからはセンサ部120bが突出する構造を有する。
装着部110は、被検者に装着された状態で使用されるため、例えばバンド部114、115のような部材を有するのが好適である。図1においては、一例として、被検者の腕などに巻きつけて使用するバンド部114、115を破線により途中まで図示してある。バンド部114、115は、図1に示したような構成に限定されず、被検者に装着可能な任意の構成とすることができる。本実施形態において、装着部110は、バンド部114、115を含めて、被検者の手首に装着されるバンドとすることができる。
測定装置100は、被検者が測定装置100を装着した状態で、被検者の生体情報を測定する。測定装置100が測定する生体情報は、センサ部120a、120bが測定可能な任意の生体情報とすることができる。以下、一例として、測定装置100は、被検者の2か所の脈波を取得してPWVを測定するものとして説明を行う。
また、本実施形態において、装着部110は、バンド部114、115を含め、細長い帯状のバンドとすることができる。生体情報の測定は、例えば被検者が測定装置100の装着部110を手首に巻きつけた状態で行われる。具体的には、被検者は、センサ部120a、120bが被検部位に接触するように装着部110を手首に巻きつけて、生体情報の測定を行う。測定装置100は、被検者の手首において、尺骨動脈又は橈骨動脈を流れる血液のPWVを測定する。
図2(A)は、本発明の一実施形態に係る測定装置100の一部を模式的に示した側面図である。図2(A)では、図1に示したX軸の正の方向に向いて見た場合の測定装置100の側面を示している。図2(B)は、本発明の一実施形態に係る測定装置100のセンサ部120a、120bの配置を示す模式図である。図2(B)では、図1に示したZ軸の負の方向に向いて見た場合の測定装置100のセンサ部120a、120bのみを示している。なお、図2(A)及び(B)に示したXYZ座標系は、図1と同じものであり、以後の図においても同様とする。
図2(A)に示すとおり、センサ部120a、120bは、装着部110によって支持される。測定装置100は、装着部110の裏面111側からZ軸負方向にセンサ部120a、120bが突出する構造を有する。
センサ部120a、120bは、被検者の生体情報を取得する生体センサを備える。センサ部120a、120bは、被検者の被検部位に接触した状態で、被検者の生体情報を測定する。
後述するように、センサ部120aとセンサ部120bとは、被検者の生体情報を取得する際に、装着部110が被検者に装着された状態において、被検者の所定の血管に沿って配置される。その際、センサ部120aとセンサ部120bとの間隔ΔD1は35mm以下となるように配置される。また、各センサ部は、図2(B)に示すとおり、血液がY軸正方向へと流れる動脈に対して垂直(X軸方向)に配置される。センサ部120a及び120bはそれぞれ、異なる被検部位における脈波を光学的手法により取得する。ここで脈波とは、血液の流入によって生じる血管の容積時間変化を体表面から波形としてとらえたものであり、生体情報の一部である。本発明の一実施形態では、センサ部120a、120bは、生体情報である脈波を光学的に取得する。また、取得された脈波に基づいて、測定装置100の制御部はPWVを算出する。なお、図2(B)では、動脈の上流側にセンサ部120aが配置され、下流側にセンサ部120bが配置される構成となっているが、これに限るものではなく、それぞれを入れ替えた配置としてもよい。
図2(B)に示すように、センサ部120aは、2つの発光部121a、122aと受光部123aとを有する。同様に、センサ部120bは、2つの発光部121b、122bと受光部123bとを有する。図2(B)に示すように、センサ部120a及び120bは、X軸に沿って所定間隔で配置される。センサ部120aにおいて、各受発光部は、動脈と交差してX軸正方向に向かうように、発光部121a、受光部123a、発光部122aの順に配置される。同様に、センサ部120bにおいて、各受発光部は、動脈と交差してX軸正方向に向かうように、発光部121b、受光部123b、発光部122bの順に配置される。すなわち、各発光部は、被検者の所定の血管に垂直な方向(X軸方向)に沿って、対応する受光部の両側に所定間隔離間して配置される。
また、図2(A)及び(B)に示したとおり、発光部121a、122a及び121b、122bは発光素子124a、125a及び124b、125bをそれぞれ含み、受光部123a及び123bは受光素子126a及び126bをそれぞれ含む。各発光素子から出射する光は、発光部の外部に伝搬し、被検部位から生体内部を通過する。その際、生体内部で散乱された光は、各受光素子によって検出される。脈波は、検出された散乱光強度に従って取得される。発光素子は、例えば、LED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)、LD(レーザダイオード:Laser Diode)、又はSLD(スーパールミネッセントダイオード:Superluminescent Diode)などの素子を適用できる。また、受光素子は、例えば、PD(フォトダイオード:Photodiode)又はPT(フォトトランジスタ:Phototransistor)などの素子を適用できる。なお、図2(B)において、各受発光部にそれぞれ1つの受発光素子を示しているが、これに限定するものではなく、各受発光部に含まれる受発光素子の数は、複数でもよい。
なお、上述の構成においては、各センサ部において、2つの発光部及び1つの受光部を有する場合について説明したが、本発明の一実施形態では、各センサ部において、1つの発光部及び2つの受光部を有する構成によっても測定を行うことができる。また、各センサ部において、発光部及び受光部をそれぞれ1つずつ有する構成によっても測定を行うことができる。以下、2つの発光部及び1つの受光部を有する構成について説明する。
発光部121a、122a及び121b、122bは、例えば、緑色(波長:500〜550nm)、赤色(波長:630〜780nm)、近赤外(波長:800〜1600nm)のいずれかの光を発光する。長波長の光は短波長の光と比べて、体のより深い位置まで光は減衰しないので、近赤外光の発光素子を用いて生体情報の測定を行うと、測定精度は向上する。
取得された2つの脈波に基づいて、手首における至近距離間でPWVを測定する原理について、図3(A)及び(B)を用いて説明する。図3(A)は、2つのセンサ部120aと120bとの間で動脈が一直線状となり、生体内部A2において皮膚A1からの距離も変化しないような理想的な状態を示した模式図である。図3(B)は、図3(A)のような状態で、センサ部120a、120bにおける受光部123a、123bに含まれる受光素子126a、126bから出力される出力電圧の時間変化を示した模式図である。図3(A)では、センサ部120a、120bにおける各受発光部の内、特に、センサ部120aの発光部121aとセンサ部120bの発光部121bのみを示している。発光部121a及び121bは、その内部に発光素子124a及び124bをそれぞれ含む。なお、本発明の一実施形態では、各発光素子はLEDであり、各受光素子はPDであるものとして説明する。
図3(A)に示すとおり、発光部121a及び121bは、生体情報を測定する際、実線で表わされた手首表面の皮膚A1と接触する。発光素子124a及び124bから出射した光は等方的に大きく広がりながら、皮膚A1から生体内部A2へと入射し、脈波を測定する対象となる動脈に到達する。動脈では、左から右方向(Y軸正方向)に血液は流れており、従って、脈波も同じ方向に伝搬する。この時、動脈に到達した発光素子124a及び124bからの出射光は散乱され、血管の容積時間変化に応じてその散乱光強度は変化する。この散乱光を、受光部123a及び123bに含まれる受光素子126a及び126bが検出して、電圧を出力することで、脈波は取得される。受光部123a及び123bは、図3(A)においては、発光部121a及び121bとY、Z軸方向の位置が同じであり、X軸方向の位置のみが異なる。
図3(B)は、図3(A)のような理想的な状態で得られる脈波の波形を示している。脈波aは、発光部121aを有するセンサ部120a側の受光素子126aから出力された電圧の時間変化を示す。脈波bは、発光部121bを有するセンサ部120b側の受光素子126bから出力された電圧の時間変化を示す。図3(B)では、それぞれの波形を上下に並べて比較している。
センサ部120aは動脈の上流側に配置され、センサ部120bは動脈の下流側に配置されているので、脈波aのピークの立ち上がりは、脈波bのピークの立ち上がりに比べてΔt1だけ早くなる。PWV(m/秒)は、センサ部120aとセンサ部120bとの間隔ΔD1をΔt1で除算することにより求められる。このように、動脈が一直線状という理想的な状態を仮定すると、脈波a及び脈波bは同一波形となり、任意の点における位相差も一定である。
ところで、実際の血管は、図3(A)に示したような理想的な状態にはならない。以下、実際の血管から生体情報を測定することを想定して説明する。初めに、図4を用いて、実際の血管の様子を説明する。図4は、一般的な被検者の右手首付近にある代表的な骨及び血管を手のひらの上から透視した状態を概略的に示す図である。一般的な被検者の右手首には、尺骨及び橈骨の2つの骨が存在する。さらに、尺骨及び橈骨にそれぞれ沿うように、尺骨動脈V1及び橈骨動脈V2の2つの動脈が生体内部を通っている。それぞれの動脈では、図4に示す矢印の方向に血液は流れている。
ここで、図4に示すとおり、尺骨の終端が存在する領域R1においては、尺骨動脈V1は尺骨の終端部に沿うように配置される。また、尺骨動脈V1が尺骨上に配置されなくなる領域R2においては、尺骨動脈V1は生体内部に入り込む。このため、尺骨動脈V1は、図4に示す領域R1、R2において、手首付近で皮膚表面から生体内部へとより深く潜る。すなわち、領域R1から見た尺骨動脈V1の下流側及び領域R2から見た尺骨動脈V1の上流側では、皮膚から尺骨動脈V1までの距離はより長くなっている。逆に、領域R1及びR2に挟まれた領域では、尺骨動脈V1は尺骨上に配置されており、尺骨動脈V1は尺骨と皮膚との間を通るため、尺骨動脈V1の生体内部での深さは浅くなる。領域R1及びR2に挟まれた領域では、皮膚から尺骨動脈V1までの距離はより短くなり、さらにほぼ一定となる。
同様に、図4に示すとおり、橈骨の終端が存在する領域R3においては、橈骨動脈V2は橈骨の終端部に沿うように配置される。また、橈骨動脈V2が橈骨上に配置されなくなる領域R4においては、橈骨動脈V2は生体内部に入り込む。このため、橈骨動脈V2は、図4に示す領域R3、R4において、手首付近で皮膚表面から生体内部へとより深く潜る。すなわち、領域R3から見た橈骨動脈V2の下流側及び領域R4から見た橈骨動脈V2の上流側では、皮膚から橈骨動脈V2までの距離はより長くなっている。逆に、領域R3及びR4に挟まれた領域では、橈骨動脈V2は橈骨上に配置されており、橈骨動脈V2は橈骨と皮膚との間を通るため、橈骨動脈V2の生体内部での深さは浅くなる。領域R3及びR4に挟まれた領域では、皮膚から橈骨動脈V2までの距離はより短くなり、さらにほぼ一定となる。
血管から生体情報を測定する際には、皮膚から血管までの距離が短い、すなわち皮膚表面から生体内部への血管の深さが浅くなる部位を被検部位とするのが好適である。また、図3(A)のように、生体内部において皮膚から血管までの距離が変化しないような状態が理想的である。このような条件を満たすことで、より精度良く脈波の測定を行うことができる。従って、本実施形態では、被検部位は、図4に示す領域R1及びR2に挟まれた領域にある尺骨動脈V1又は領域R3及びR4に挟まれた領域にある橈骨動脈V2の直上となるようにする。
手首の被検部位を種々変更しながら出力された脈波の波形を観測した結果、上述した最適な被検部位直下の尺骨動脈V1及び橈骨動脈V2の長さL1及びL2は、それぞれ35mmであった。観測の結果、血管の配置については多少の個人差はあるものの、上記長さL1及びL2は平均的に35mmであることが判明した。尺骨の終端が存在する領域R1は、手首の突起部(尺骨突起部)として外部から確認できる。橈骨の終端が存在する領域R3は、手首の突起部(橈骨突起部)として外部から確認できる。脈波の測定に最適な範囲は、尺骨突起部から尺骨動脈の上流側に35mmの範囲である。脈波の測定に最適な範囲は、橈骨突起部から橈骨動脈の上流側に35mmの範囲である。脈波の測定に最適な範囲は、それぞれ橈骨の皮膚側又は尺骨の皮膚側に血管が存在する範囲である。
図5(A)は、2つのセンサ部120aと120b付近で動脈が湾曲し、皮膚A1からの距離が長く(生体内部A2において深く)なる様子を示した模式図である。図5(A)は、図4のY軸方向に沿った生体内部の一部及び2つのセンサ部120a、120bの断面を示している。上述のとおり、被検者をヒトとする場合、多くの被検者において手首付近の尺骨動脈又は橈骨動脈は、図5(A)に示すような断面形状であるのが典型的である。図5(B)は、図5(A)のような状態で、2つの受光部123a、123bに含まれる受光素子126a、126bから出力される出力電圧の時間変化を示した模式図である。図5(A)は、図3(A)と同様に、各受発光部の内、特に、センサ部120aの発光部121aとセンサ部120bの発光部121bのみを示している。発光部121a及び発光部121bは、その内部に発光素子124a及び124bをそれぞれ含む。
図3(A)の場合と同様に、動脈では、血液はY軸正方向に流れており、従って、脈波も同じ方向に伝搬する。この時、動脈に到達した発光素子124a及び124bからの出射光は散乱され、血管の容積時間変化に応じてその散乱光強度は変化する。この散乱光を、受光部123a、123bに含まれる受光素子126a、126bが検出して、電圧を出力することで、脈波は測定される。受光部123a及び123bは、図5(A)においては、発光部121a及び121bとY、Z軸方向の位置が同じであり、X軸方向の位置のみが異なる。
図5(B)は、図5(A)のような典型的な状態で得られる脈波の波形を実線で示している。脈波a、bは、図3(B)に示した理想的な状態で得られる脈波の波形を、比較のために点線により示したものである。脈波a’は、発光部121aを有するセンサ部120a側の受光素子126aから出力された電圧の時間変化を示す。脈波b’は、発光部121bを有するセンサ部120b側の受光素子126bから出力された電圧の時間変化を示す。図5(B)では、それぞれの波形を、上下に並べて比較している。
発光素子124a及び124bからの出射光は等方的に広がりながら皮膚A1から生体内部A2を通過するので、各受光素子から出力される波形は、センサ部120a及び120bが配置された被検部位直下の血管情報のみならず、その上流や下流の血管情報も含むことになる。すなわち、図5(A)に示すような状況では、各受光素子からの出力電圧は、動脈の直線部分から得られる脈波の情報のみならず、その上流及び下流側において動脈が湾曲している部分から得られる脈波の情報も含む。
このような状況で、まず、脈波a’と脈波aとを比較する。発光素子124aから見た上流側で動脈は湾曲し、皮膚A1からの距離は長くなっているので、当該湾曲部分と受光素子126aまでの距離もまた長くなる。受光素子126aまでの距離が長いほど、検出される散乱光の強度は弱くなる。従って、散乱光の強度が弱まった分、脈波a’のピークの立ち上がりは、脈波aのピークの立ち上がりに比べて遅くなる。一方で、発光素子124aから見た下流側の動脈は理想的な状態と同様に直線状となっているので、脈波a’のピークの立ち下がりは、脈波aのピークの立ち下がりと同じになる。このように、ピークの立ち上がりが遅くなる分、脈波a’の位相は脈波aの位相に比べて、時間的に遅れる方向にシフトすることになる。
続いて、脈波bと脈波b’とを比較する。発光素子124bから見た下流側で動脈は湾曲し、皮膚A1からの距離は長くなっているので、当該湾曲部分と受光素子126bまでの距離もまた長くなる。受光素子126bまでの距離が長いほど、検出される散乱光の強度は弱くなる。従って、散乱光の強度が弱まった分、脈波b’のピークの立ち下がりは、脈波bのピークの立ち下がりに比べて早くなる。一方で、発光素子124bから見た上流側の動脈は理想的な状態と同様に直線状となっているので、脈波b’のピークの立ち上がりは、脈波bのピークの立ち上がりとほぼ同じになる。このように、ピークの立ち下がりが早くなる分、脈波b’の位相は脈波bの位相に比べて、時間的に進む方向にシフトすることになる。
ここで、脈波a’と脈波b’とを比較する。脈波a’と脈波b’は、理想的な状態で得られるそれぞれの脈波の波形(脈波a、脈波b)と比べると、互いに逆の方向に位相がシフトしている。脈波a’の位相は時間的に遅れる方向にシフトし、脈波b’の位相は時間的に進む方向にシフトする。また、2つの脈波a’、b’の波形の相似性も失われ易くなる。これにより、理想的な状態では、上流側の脈波aのピークの立ち上がりは、下流側の脈波bのピークの立ち上がりに比べてΔt1だけ早かったが、典型的な状態では、上流側の脈波a’のピークの立ち上がりは、下流側の脈波b’のピークの立ち上がりに比べてΔt2だけ遅くなるような場合も想定される。このように、実際の測定では、2つのセンサ部同士の間隔ΔD1が最適に調整されていない場合、動脈に対する脈波の測定位置によっては、脈波b’のピークは時間的に早く検出される。このため、見かけ上、脈波が右から左方向(Y軸負方向)へ逆流しているかのような波形が得られてしまう。
そこで、本発明では、このようなセンサ部120a、120b間の位相差の逆転現象を解消する。以下、いくつかの解決策を、本発明のいくつかの実施形態に基づいて説明する。各実施形態において、上述した構成と異なる構成について重点的に説明する。また、説明の便宜上、上述した構成要素と同じ機能を有する構成部については、同じ符号を付記し、その説明を適宜簡略化又は省略する。なお、本発明を実施する際には、以下の実施形態のうち1つの実施形態のみを適用してもよいし、異なる複数の実施形態を適宜組み合わせて適用してもよい。
(第1の実施形態)
図6は、本発明の第1の実施形態に係る測定装置100のセンサ部120a、120bの配置を示した模式図である。なお、図6は、センサ部120a、120bの各構成部のうち、発光部121a、121b及び発光素子124a、124bのみを代表的に示している。
センサ部120a、120b間の位相差の逆転現象を解消するために、本発明の第1の実施形態に係る測定装置100では、図6に示すように、センサ部120aとセンサ部120bとの間隔は最適に調整される。すなわち、センサ部120aとセンサ部120bとの間隔をΔD2として新たに規定し、図5(A)で示した間隔ΔD1よりも小さくする(ΔD2<ΔD1)。発光素子124a、124bから出射した光は、動脈の湾曲部分に到達しにくくなる位置に、センサ部120a、120bは配置される。これにより、図5(B)で説明したような、脈波a’及び脈波b’の位相シフトは発生せず、図3(B)で説明した理想的な脈波の取得が可能となる。センサ部120aとセンサ部120bとの間隔ΔD2を大きくすると、脈波a’と脈波b’との位相差が十分に大きくなり、測定装置100はより精度良く脈波の測定を行うことができる。しかしながら、ΔD2を大きくしすぎると、動脈が湾曲し皮膚A1からの距離がより長くなる領域(図5(A)に示す領域B1、B2)の直上にセンサ部120a及びセンサ部120bは配置されることになる。これにより、受光素子126a、126bが検出する散乱光の強度は微弱となり、脈波の波形は出力されにくくなる。
脈波の波形を検出できるという条件下では、センサ部120aとセンサ部120bとの間隔ΔD2は、上限値を有する。手首の被検部位を種々変更しながら出力された脈波の波形を観測した結果、センサ部120a、120bの間隔の上限値は35mmと判明した。この値は、すなわち、図4の最適な被検部位直下の尺骨動脈V1及び橈骨動脈V2の長さL1及びL2と同等であるととらえることができる。従って、好適には、センサ部120aとセンサ部120bとは、被検者の生体情報を取得する際に、装着部110が被検者に装着された状態において、被検者の所定の血管(例えば被検者の手首付近の尺骨動脈又は橈骨動脈)に沿って35mm以下の間隔で配置されるようにする。より具体的には、センサ部120aにおける発光部121aの発光素子124aとセンサ部120bにおける発光部121bの発光素子124bとは、被検者の所定の血管に沿って35mm以下の間隔で配置されるように構成する。
一方で、各センサ部120a、120bの大きさは各幅5mm程度とすることができるため、本実施形態ではΔD2の下限値は5mm程度(発光部121a、121bのそれぞれの発光素子の間隔)とすることもできる。しかしながら、ΔD2を5mmにすると、それぞれの出力波形の位相差は小さくなり、各出力波形は重なってしまう。従って、適切にPWVを測定できるという条件下では、ΔD2の下限値としては、10〜15mmが妥当である。
このように、ΔD2を上記の下限値と上限値の間でより最適に調整することで、上述した位相差の逆転現象は解消する。これにより、測定装置100は構成を小規模としつつ、PWVを含む生体情報を精度良く測定できる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態では、図7に示すように、発光部の発光素子にレンズ部を設け、各発光素子から出射する光の広がりを抑える。図7は、センサ部120aの1つの発光部121a及びセンサ部120bの1つの発光部121bのみを代表的に示しており、その内部には発光素子124a及び124bがそれぞれ含まれる。本実施形態では、発光素子124aから出射した光の広がりを抑えるためにレンズ部134aを設け、発光素子124bから出射した光の広がりを抑えるためにレンズ部134bを設ける。なお、センサ部120aの他の発光部122a及びセンサ部120bの他の発光部122bの内部に含まれるそれぞれの発光素子についても、同様にレンズ部を設けるのが好適である。
図7に示すとおり、本実施形態では、センサ部120aとセンサ部120bとの間隔ΔD3を規定する。本発明の第1の実施形態と同様に、ΔD3は35mm以下に設定する。すなわち、2つのセンサ部120a、120bは、動脈の直線部分の直上に配置される。動脈では図に示すY軸正方向に血液は流れており、従って、脈波も同じ方向に伝搬する。
この時、発光素子124a、124bから出射した光は、レンズ部134a、134bによって集光されるため、生体内部A2での出射光の広がりが抑えられる。生体内部A2に入射した光が散乱される領域は、レンズ部134a、134bを設けずに光が広範囲に出射する場合と比べて狭くなる。言い換えると、生体内部A2に入射した光は動脈の直線部分にのみ到達し、直線部分によってのみ散乱される。すなわち、本実施形態では、各受光素子からの出力電圧は、動脈の直線部分から得られる脈波の情報のみを含み、その上流及び下流側に位置する湾曲部分から得られる脈波の情報を含まない。
このように、本発明の第2の実施形態では、上述したような位相の逆転現象の原因となる、動脈の湾曲部分からの脈波の情報は含まれない。このため、本実施形態では、測定装置100は脈波の測定の精度を高めることができる。また、本実施形態では、発光素子124a、124b上にレンズ部134a、134bを設けることで、発光素子124a、124bから出射した光は有効に利用される。すなわち、本実施形態では、測定装置100は、動脈方向とは関係のない方向へ光が入射することを防ぎ、効率良く測定を行うことができる。
(第3の実施形態)
図8(A)は、本発明の第3の実施形態に係る測定装置100のセンサ部120a、120bの配置を示した模式図である。図8(B)は、本発明の第1の実施形態に係る測定装置100のセンサ部120a、120bの配置を、図8(A)との比較のために再度、模式的に示した図である。図8(A)及び(B)では、センサ部120aとセンサ部120bとの間隔ΔD4を規定する。上述のとおり、ΔD4は35mm以下に設定する。すなわち、2つのセンサ部120a、120bは、動脈の直線部分の直上に配置される。図8(A)及び(B)に示すとおり、動脈では、Y軸正方向に血液は流れており、従って、脈波も同じ方向に伝搬する。
本発明の第3の実施形態では、図8(A)に示すように、センサ部120aにおける発光部121a、122aとセンサ部120bにおける発光部121b、122bとの間隔は、センサ部120aにおける受光部123aとセンサ部120bにおける受光部123bとの間隔よりも短い。また、第2の実施形態同様に、各発光素子にはレンズ部を設け、各発光素子から出射する光の広がりを抑えるようにする。図8(A)においては、各受発光部における受発光素子の図示は省略してある。上述した第1の実施形態では、図8(B)に示すように、各発光素子から出射する光は等方的に広がる。一方、第3の実施形態では、図8(A)に示すように、各発光素子から出射する光に指向性を持たせる。この指向性を実現するために、第3の実施形態では、センサ部120aにおける発光部121a及び122aの各発光素子から出射する光の光軸は、レンズ部を介して受光部123a側に傾いている。同様に、センサ部120bにおける発光部121b及び122bの各発光素子から出射する光の光軸は、レンズ部を介して受光部123b側に傾いている。すなわち、第3の実施形態では、各発光素子から出射する光の方向は、レンズ部を通過した前後で変化する。同様に、各受光素子にはレンズ部が設けられてもよい。この場合、各受光素子に入射する光の方向は、レンズ部を通過した前後で変化する。
第3の実施形態では、センサ部120aから見た上流側の血管情報及びセンサ部120bから見た下流側の血管情報は、受光部123a及び123bの受光素子によって検出される散乱光には含まれない。すなわち、第3の実施形態では、動脈の湾曲部分から得られる脈波の情報は測定結果に含まれないので、センサ部120a、120bの各受光素子から出力される脈波の波形の相似性は向上し、位相差の逆転は回避される。また、第3の実施形態では、各発光部から出射する光の光軸がレンズ部を介して対応する受光部123a、123b側に傾くことにより、各受光素子で受光される光出力は大きくなる。さらに、第3の実施形態では、各発光素子から出射する光の光軸は、同一センサ部内の受光素子側に傾くので、一方のセンサ部における発光素子から出射した光が、他方のセンサ部における受光素子に入射することを防ぐ。これにより、測定装置100は精度良く脈波の測定を行うことができる。
(第4の実施形態)
図9(A)は、本発明の第4の実施形態に係る測定装置100の受光素子126aのパッケージを示した模式図である。図9(B)は、本実施形態に係る測定装置100の受光部123a、123bを動脈に沿って配置した際の様子を示した模式図である。なお、図9(B)では、各センサ部の2つの発光部については図示を省略してある。
図9(A)に示すとおり、受光部123aは、受光素子126aを含む。本実施形態では、図9(A)に示すように、受光素子126aは、所定の径を有する開口部140aを備える遮光板150aによって囲まれるようにする。開口部140aは、動脈によって散乱された光の一部を、受光素子126aが検出できるように、受光素子126aの直上に設ける。なお、受光部123bについても、上述と同様の構成を適用することができる。
図9(B)に示すように、動脈では、血液はY軸正方向に流れており、従って、脈波も同じ方向に伝搬する。本実施形態では、遮光板150a、150bを設けて、望まない脈波の情報を含む散乱光を排除する。すなわち、受光部123aから見た上流側及び受光部123bから見た下流側の動脈の湾曲部分によって散乱された光は、遮光板150a、150bによって受光素子126a、126bに入射しないように遮られる。よって、開口部140a、140bから入射して受光素子126a、126bによって検出される光は、動脈の直線部分によって散乱された光に限定される。
このように、第4の実施形態では、動脈の湾曲部分から得られる脈波の情報は遮光板150a、150bによって排除されるので、センサ部120a、120bの受光素子126a、126bが出力する脈波の波形の相似性は向上し、位相差の逆転は回避される。また、受光部123a、123bを動脈に対して垂直方向(X軸方向)に伸長して配置することで受光部面積は拡大する。これにより、受光素子126a、126bから出力される出力電圧が向上するだけでなく、被検部位に対するその設置位置のトレランスも向上する。
(第5の実施形態)
図10(A)は、本発明の第5の実施形態に係る測定装置100の発光素子124aを示した模式図である。図10(B)は、本発明の第5の実施形態に係る測定装置100の受光素子126aを示した模式図である。
本発明の第5の実施形態では、センサ部120a、120bの各発光素子及び各受光素子の少なくとも1つの素子は、他方のセンサ部側に傾斜する。好適には3つのパターンが考えられる。すなわち、第1のパターンでは、測定装置100は、センサ部120aの2つの発光素子と1つの受光素子及びセンサ部120bの2つの発光素子と1つの受光素子の全てが、それぞれ他方のセンサ部側に傾斜するように構成される。第2のパターンでは、測定装置100は、センサ部120aの2つの発光素子及びセンサ部120bの2つの発光素子のみが、それぞれ他方のセンサ部側に傾斜するように構成される。第3のパターンでは、測定装置100は、センサ部120aの1つの受光素子及びセンサ部120bの1つの受光素子のみが、それぞれ他方のセンサ部側に傾斜するように構成される。
図10(A)は、一例として、センサ部120aの発光部121aに含まれる発光素子124aがセンサ部120b側に傾斜する様子を示している。図10(A)において、発光部121aの右方には、他方のセンサ部120bが配置されているものとして説明する。発光素子124aを傾斜させることで、発光素子124aから出射する光の光軸はセンサ部120b側に傾斜する。ここで、光軸は、発光素子124aの出射面に対して垂直である。同様に、図10(B)は、一例として、センサ部120aの受光部123aに含まれる受光素子126aがセンサ部120b側に傾斜する様子を示している。図10(B)においても、受光部123aの右方には、他方のセンサ部120bが配置されているものとして説明する。受光素子126aを傾斜させることで、受光素子126aに入射する光の光軸はセンサ部120b側に傾斜する。ここで、光軸は、受光素子126aの入射面に対して垂直である。なお、第4の実施形態同様、本実施形態においても、受光素子126aは、所定の径を有する開口部140aを備える遮光板150aによって囲まれるようにするのが好適である。しかしながら、本実施形態では、第4の実施形態と異なり、受光素子126aは、開口部140aの直下には配置されず、遮光板150a側に若干寄るように配置される。
なお、上述のように、傾斜させる部分は、あくまでも各受発光部内に含まれる各受発光素子とするのが好適であり、各受発光部は傾斜させないようにするのが好適である。各受発光部は、被検者の生体情報を取得する際に、装着部110が被検者に装着された状態において、被検者の所定の血管に沿って所定間隔で配置される。この時、各発光部の光が出射する出射面及び各受光部の光が入射する入射面全体が、被検者の被検部位である手首表面の皮膚に対して十分に接触している必要がある。従って、各受発光部自体は他方のセンサ部側に傾斜することなく、その内部に含まれる各受発光素子のみを他方のセンサ部側に傾斜させるのが好適である。
本実施形態に係る測定装置100の各受発光素子の動脈に対する配置がより容易に理解できるように、図11(A)及び(B)に、各受発光素子の被検部位における配置の様子を模式的に示している。共に、動脈では、Y軸正方向に血液は流れており、従って、脈波も同じ方向に伝搬する。なお、図11(A)では、各センサ部の2つの発光部の内、発光部121a及び発光部121bのみを一例として示している。また、図11(B)では、各センサ部の受光部123a、123bのみを示し、各センサ部の2つの発光部の図示は省略している。
図11(A)を参照すると、発光部121a、121bに含まれる発光素子124a、124bは、互いに他方のセンサ部120b、120a側に傾き、それぞれの光軸も他方のセンサ部120b、120a側に傾斜する。このように配置することで、発光素子124aから出射する光は、光軸がセンサ部120b側に傾斜している分、センサ部120aから見た上流側の動脈の湾曲部分には到達しにくい。同様に、発光素子124bから出射する光は、光軸がセンサ部120a側に傾斜している分、センサ部120bから見た下流側の動脈の湾曲部分には到達しにくい。すなわち、生体内部A2に入射した光が散乱される領域は動脈の直線部分にある程度限定することができ、位相差の逆転現象の原因となる、動脈の湾曲部分からの脈波の情報は含まれにくくなる。これにより、測定装置100は精度良く脈波の測定を行うことができる。
図11(B)を参照すると、受光部123a、123bに含まれる受光素子126a、126bは、互いに他方のセンサ部120b、120a側に傾き、それぞれに入射する光の光軸も他方のセンサ部120b、120a側に傾斜する。このように配置することで、センサ部120aから見た上流側の動脈の湾曲部分によって散乱された光はほぼ排除され、それ以外の散乱光が、受光素子126aに入射する。同様に、センサ部120bから見た下流側の動脈の湾曲部分によって散乱された光はほぼ排除され、それ以外の散乱光が、受光素子126bに入射する。すなわち、受光素子126a、126bが検出する散乱光は、動脈の直線部分によって散乱された光にある程度限定することができ、位相差の逆転現象の原因となる、動脈の湾曲部分からの脈波の情報はほぼ排除される。これにより、測定装置100は精度良く脈波の測定を行うことができる。また、受光素子126a、126bの配置を遮光板150a、150b側にずらすことで、センサ部120a、120bの上流・下流側の動脈の湾曲部分から散乱される光はより確実に排除され、遮光効果はさらに向上する。
(第6の実施形態)
図12(A)は、本発明の第6の実施形態に係る測定装置100のセンサ部120aの配置を示す模式図である。図12(B)は、本発明の第6の実施形態に係る測定装置100の発光素子124a、125a及び受光素子126aが被検者の手首表面の皮膚A1に配置される様子を模式的に示した、図12(A)のA−A断面図である。図12(A)では、センサ部120aのみを示しており、センサ部120bの図示は省略している。動脈中の血液は下から上方向(Y軸正方向)へと流れており、従って、脈波も同じ方向に伝搬する。動脈に沿って垂直(X軸方向)にセンサ部120aを配置した状態で、各受発光部は、X軸正方向に向かって、動脈と交差するように発光部121a、受光部123a、発光部122aの順に配置される。図12(A)の断面図である図12(B)では、動脈中の血液は紙面の表から裏方向(Y軸正方向)へと流れており、従って、脈波も同じ方向に伝搬する。
本発明の第6の実施形態では、第5の実施形態で述べた各受発光素子の他方のセンサ部側への傾斜に加えて、各発光素子は動脈方向にも傾斜する。第6の実施形態でも、他の実施形態と同様に、図12(A)に示すセンサ部120aから見てY軸正方向には、所定の間隔をおいて、他方のセンサ部120bが配置される。したがって、各受発光素子の他方のセンサ部への傾斜方向は、図12(B)のY軸方向である。一方で、各発光素子の動脈への傾斜方向は、図12(B)のX軸方向である。すなわち、受光素子126aに入射する光の光軸は、Y軸正の方向にのみ傾き、発光素子124a、125aから出射する光の光軸は、Y軸正の方向に加えて、図12(B)に示すように、X軸方向にも傾く。発光部121a、122aは、動脈を境に、X軸方向に対称に配置されるので、発光素子124a、125aから出射する光の光軸のそれぞれの傾斜方向は、X軸に沿って正反対となる。すなわち、図12(B)では一例として、発光素子124aから出射する光の光軸は、X軸正の方向に傾く一方で、発光素子125aから出射する光の光軸は、X軸負の方向に傾く。
このように構成することで、本実施形態では、生体内部A2を伝搬する発光素子124a、125aからの出射光の空間的な強度分布のピークは、動脈方向へと傾く。すなわち、発光素子124a、125aから出射する光のうち、その大部分は動脈に到達し、動脈によって散乱される光の散乱光強度は高まる。これにより、受光素子126aに入射する散乱光の強度も高まり、受光素子126aから出力される信号のSN比は向上する。言い換えると、本実施形態では、測定装置100は、動脈方向に各発光素子の光軸を傾けない場合と比べて、ノイズが信号強度に比べて相対的に少ない脈波の波形を取得可能である。
図13は、上述した第1から第6までの実施形態のうち少なくとも1つの実施形態を具現化した測定装置100を含む測定システム1の模式図を示す。測定システム1は、測定装置100の他に、サーバ200と表示部300とを含む。サーバ200は、測定装置100によって取得された生体情報を集約し、種々の情報処理を行う。生体情報の集約は、有線又は無線通信ネットワークを介して、各被検者の測定装置100がサーバ200にデータを送信することで行われる。表示部300は、測定装置100で取得された生体情報に基づいて、サーバ200によって情報処理された結果を表示する。すなわち、表示部300は、測定装置100で取得された生体情報に基づく情報を表示する。
より具体的には、測定装置100で取得された生体情報は、測定装置100の通信部によりサーバ200に送信される。サーバ200が測定装置100から送信された生体情報を受信すると、サーバ200の制御部は、受信した被検者の生体情報に基づいて、様々な情報処理を行う。例えば、サーバ200は、測定装置100で取得された生体情報を、生体情報の取得時間と共に時系列のデータとして、サーバ200の記憶部に記憶することができる。サーバ200の制御部は、例えば、これらの記憶されたデータと、サーバ200の記憶部にすでに記憶されている同一被検者の過去のデータ又は他の被検者のデータとを比較し、比較した結果を基に被検者に最適なアドバイスを生成する。サーバ200の通信部は、取得された被検者の時系列のデータ及び生成されたアドバイスを表示部300に送信する。表示部300は、受信されたデータ及びアドバイスを画面に表示する。また、サーバ200の記憶部及び制御部と同様の機能を有する機能部を、測定装置100又は表示部300に備えてもよく、その場合、測定システム1は必ずしもサーバ200を備えなくてもよい。
本発明は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。従って、先の記述は例示的なものであり、これに限定されるものではない。発明の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるものとする。