手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置
【課題】 被験者の体調を簡便にモニタリングすることができる手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置を提供する。
【解決手段】 手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、プローブ装置１と、このプローブ装置１を用いた手のひらの血管データ処理装置４とを備え、前記血管データ処理装置４は、静脈走行パターン３による個人認証部５と、前記静脈走行パターン３から被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部６と、この静脈測定部６で計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置７と、過去に計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置８と、前記第１の記憶装置７と前記第２の記憶装置８に記憶されている前記被験者の静脈の形態及び直径を比較する比較装置９と、この比較装置９からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置１０とを備え、前記被験者の体調をモニタリングする。
【解決手段】 手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、プローブ装置１と、このプローブ装置１を用いた手のひらの血管データ処理装置４とを備え、前記血管データ処理装置４は、静脈走行パターン３による個人認証部５と、前記静脈走行パターン３から被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部６と、この静脈測定部６で計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置７と、過去に計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置８と、前記第１の記憶装置７と前記第２の記憶装置８に記憶されている前記被験者の静脈の形態及び直径を比較する比較装置９と、この比較装置９からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置１０とを備え、前記被験者の体調をモニタリングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波、あるいは近赤外線光を用いた手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、血管及び自律神経診断には、心電図やレントゲン写真、ホルター心電図による自律神経機能解析などの診断法が用いられていた。これは、病院で記録される２４時間の心電図記録のＲＲ間隔の揺らぎから自律神経機能を診断するもので、高価で大掛かりな装置が必要となる。
【０００３】
このような技術は、例えば、下記特許文献１及び非特許文献１，２などに開示されている。心拍数や血圧の揺らぎを用いれば、循環系を支配する自律神経機能の診断が可能になり、体調のモニタリングを具現化することができる。しかしながら、これらの診断装置は病院で用いる大掛かりな装置なので、一般の会社で使うことができないという問題がある。
【０００４】
また、下記特許文献２には近赤外線光を用いた血糖特定が、下記非特許文献３には近赤外線光を用いた酸化ヘモグロビン濃度の計測を介した酸素代謝の診断が開示されており、これらは既に臨床で行われているが、これらの装置も同じく病院で使用するものであり、大掛かりな装置が必要である。
【０００５】
さらに、下記特許文献３には、指静脈の走行パターンを認識する個人認証装置が開示されている。この特許文献３は静脈の走行パターンを用いた個人認証のみに注目したものであり、人体の診断に結びつける情報を取得するための方法に関しての開示はなされていない。
【０００６】
また、下記特許文献４には動脈の脈波計測による血管年齢の算出法が開示されているが、動脈圧波形の時系列記録には、動脈を穿刺するか、動脈圧センサーで動脈圧波形時系列曲線を記録する必要があり、身体への侵襲の面からも問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５１７５５３号公報
【特許文献２】特表２００５−５１９６８２号公報
【特許文献３】特開２００７−２８７０８０号公報
【特許文献４】特開２００２−２３８８６７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｙａｍｂｅ Ｔ, Ｙｏｓｈｉｚａｗａ Ｍ, Ｆｕｋｕｄｏ Ｓ, Ｆｕｋｕｄａ Ｈ, Ｋａｗａｓｈｉｍａ Ｒ, Ｓｈｉｚｕｋａ Ｋ, Ｎａｎｋａ Ｓ, Ｔａｎａｋａ Ａ, Ａｂｅ Ｋ, Ｓｈｏｕｊｉ Ｔ, Ｈｏｎｇｏ Ｍ, Ｔａｂａｙａｓｈｉ Ｋ, Ｎｉｔｔａ Ｓ. “Ｃａｎ ｐｅｒｓｏｎａｌｉｔｙ ｔｒａｉｔｓ ｐｒｅｄｉｃｔ ｐａｔｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｔｏ ａｕｄｉｏｖｉｓｕａｌ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ？”，Ｂｉｏｍｅｄ Ｐｈａｒｍａｃｏｔｈｅｒ. , ２００３ Ｏｃｔ；５７ Ｓｕｐｐｌ １：８３ｓ−８６ｓ.
【非特許文献２】Ｐａｒｋ Ｓ, Ｒｉｎｋ ＬＤ, Ｗａｌｌａｃｅ ＪＰ. “Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ：ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ １０−ｍｉｎ ｗａｌｋｉｎｇ ｓｅｓｓｉｏｎｓ”，Ｊ Ｈｕｍ Ｈｙｐｅｒｔｅｎｓ. ，２００８ Ｊｕｌ；２２（７）：４７５−８２.
【非特許文献３】Ｗｏｌｆ Ｔ, Ｌｉｎｄａｕｅｒ Ｕ, Ｒｅｕｔｅｒ Ｕ, Ｂａｃｋ Ｔ, Ｖｉｌｌｒｉｎｇｅｒ Ａ, Ｅｉｎｈａｕｐｌ Ｋ, Ｄｉｒｎａｇｌ Ｕ. “Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｃｅｒｅｂｒａｌ ｂｌｏｏｄ ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｐｅｒｉ−ｉｎｆａｒｃｔ ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｆｏｃａｌ ｃｅｒｅｂｒａｌ ｉｓｃｈｅｍｉａ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｔ”. ，Ｊ Ｃｅｒｅｂ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ Ｍｅｔａｂ. , １９９７ Ｓｅｐ；１７（９）：９５０−９５４.
【非特許文献４】Ｐｒｉｍｅｒ ｔｏ Ａｕｔｏｎｏｍｉｃ Ｎｅｒｖｏｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ，ｅｄ ｂｙ Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ Ｄ．，Ｅｌｓｅｒｖｉｅｒ，２００７
【非特許文献５】Ｈａｒｕｋｏ Ｔａｋａｄａ，“Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｆ ａｇｉｎｇ ｓｃｏｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｂｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ．”，Ｈｅａｌｔｈ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ，２９（５），ｐｐ．８５５−８６１，２００２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、従来の技術では、血管運動にかかわる自律神経機能診断で体調をモニタリングするには大掛かりな装置が必要であるという問題があった。また、近赤外線光を用いる診断法も大規模装置が必要である。さらに、近赤外線光、あるいは超音波を用いた個人認証技術は過去に開示されているが、血管年齢や自律神経機能の定量診断に結びつける方法論の報告は過去にない。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みて、簡便に被験者の体調をモニタリングすることができる、手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置を提供することを目的とする。
【００１１】
より詳細には、個人認証にかかわる静脈走行パターンの認証の際に、静脈との位置関係、及び拍動によって動脈を同定することで、生体認証と同時に静脈の直径および動脈の直径を計算し、それを過去の被験者記録と比較することによって被験者の体調を診断することができる。また、動脈直径の一心拍波形の二次微分波形から血管年齢を計算することができる。更に、長時間計測によって血管径の揺らぎも計測することができ、その計測結果を過去のデータと比較参照することで現在の被験者の自律神経の状態を診断することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、プローブ装置と、このプローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、この静脈測定部で計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置と、前記第１の記憶装置と前記第２の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈の形態及び直径を比較する比較装置と、この比較装置からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１３】
〔２〕手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、プローブ装置と、このプローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、前記個人認証部で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、この動脈の形態及び直径を測定する動脈測定部と、前記静脈測定部と前記動脈測定部で計測された前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶する第３の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶している第４の記憶装置と、前記第３の記憶装置と前記第４の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を比較する比較装置と、この比較装置からの結果に基づいて、静脈運動及び動脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１４】
〔３〕手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、プローブ装置と、このプローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、この個人認証部で得られた静脈を同定し、この静脈のヘモグロビン飽和度を測定する静脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部と、前記個人認証部で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、この動脈のヘモグロビン飽和度を計測する動脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部と、前記測定部で計測した被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶する第５の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶している第６の記憶装置と、前記第５の記憶装置と前記第６の記憶装置に記憶されている静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を比較する比較装置と、この比較装置からの結果に基づいて、臓器末梢循環や呼吸機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１５】
〔４〕上記〔２〕記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、測定した動脈直径の一心拍分の時系列変化を記録することで、解析された血行動態時系列曲線から心機能及び血管機能を診断し、更に、動脈直径時系列変化曲線の一次微分波形、二次微分波形を計算して血管年齢を推定することで、体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１６】
〔５〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、前記個人認証時に前記被験者の体表の計測部位を前記プローブ装置に長時間接触させて保持することで、動脈直径の揺らぎ、静脈直径の揺らぎ、ヘモグロビン濃度の揺らぎを計測し、これらの揺らぎの計測結果に基づいて自律神経機能を診断することで、体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１７】
〔６〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、心電図Ｒ波のピークから動脈脈波の立ち上がりまでの遅れ時間を計算し、動脈の脈波伝播速度を計算することで、血管弾性を計算して体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１８】
〔７〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、心電図ＲＲ間隔と脈波伝播速度のゆらぎを計算し、動脈圧反射機能を定量診断することで、体調をモニタリングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００２０】
（１）手のひらの静脈走行パターンによる生体認証と同時に、動脈・静脈の血管の直径の計測を行うことにより、血管運動支配の自律神経機能解析を介した体調モニタリングを行うことができる。
【００２１】
本発明では、手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を行っているため、指の静脈走行パターンによる生体認証に比べて計測する静脈の数が多く、また太さも大きいことから、より安定した認証を行うことができる。また、指の血管は数が少なく細いので、寒さで収縮した時などに認証の信頼性に影響があるが、手のひらの血管を用いた場合はそのような影響が低減される。
【００２２】
（２）手のひらの静脈走行パターンによる生体認証と同時に酸化ヘモグロビン飽和度を測定することにより、臓器末梢循環や呼吸機能の状態を自動診断して、被験者の体調をモニタリングすることができる。
【００２３】
（３）動脈の形態及び直径を測定し、その一心拍分の時系列変化を記録することによって得られた血行動態時系列曲線から、心機能や血管機能を診断し、更に、動脈直径時系列変化曲線の一次微分波形、二次微分波形を計算して血管年齢を推定することで、体調をモニタリングすることができる。
【００２４】
（４）生体認証を行う際、体調診断装置に体表の計測部位を長時間（例えば、１０秒周期のマイヤー波成分をチェックする場合、安全域を考えて１０回分の１００秒）接触させておくことで、動脈の直径の揺らぎ、静脈の直径の揺らぎ、ヘモグロビン濃度の揺らぎを計測し、それらの計測結果に基づいて自律神経機能を診断することで、体調をモニタリングすることができる。
【００２５】
また、その周期性の揺らぎ成分だけでなく、フラクタル次元などの非線形要素も計算することで、体調の全体論的な診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の血管のデータ処理装置のブロック図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の血管データ処理装置のブロック図である。
【図５】本発明に係る近赤外線光による静脈認証時に得られた静脈走行パターン画像の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る超音波による静脈認証時の動脈直径推定法の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る超音波による静脈認証時の動脈直径の時間変化の時系列曲線の一例を示す図である。
【図８】本発明で計測した動脈直径の時間変化の時系列曲線において、末梢を変動させて反射波を変化させた時の一心拍分の時系列変動波形を示す図である。
【図９】本発明で計測した動脈直径の時間変化の時系列曲線とその二次微分波形を示す図である。
【図１０】本発明に係る動脈直径の時間変化の時系列曲線の二次微分波形におけるａ波、ｂ波、ｄ波から計算されたパラメータと、年齢との相関を示す一次回帰相関直線の近似値を示す図である。
【図１１】本発明の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の診断概要を示す図である。
【図１２】本発明で計測した心電図波形と脈波の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置は、プローブ装置と、このプローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、この静脈測定部で計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置と、前記第１の記憶装置と前記第２の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈の形態及び直径を比較する比較装置と、この比較装置からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングする。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の第１実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置のブロック図であり、図１（ａ）はその体調診断装置の全体構成図、図１（ｂ）はその体調診断装置のプローブ装置のブロック図である。
【００３０】
これらの図において、１は超音波を用いたプローブ装置であり、超音波計測装置１ａ、超音波信号発生器１ｂ、受信回路１ｃ、プローブ１ｄからなる。２は診断の対象となる手のひらであり、２ａは被験者の手のひらの皮膚、２ｂはその皮膚２ａ内の血管である。
【００３１】
超音波計測装置１ａは、超音波信号発生器１ｂからの信号により、被験者の手のひらの皮膚２ａにあてられたプローブ１ｄから超音波パルスを送出する。送出された超音波は、血管２ｂで反射されたエコー信号となり、プローブ１ｄを介して受信回路１ｃで受信され増幅処理されて、後述する血管データ処理装置４に送られる。なお、ここでは、超音波を用いたプローブ装置１としたが、近赤外線光の光源（図示なし）から近赤外線を手のひら２の血管２ｂに照射し、反射された光信号を受光素子で受信して血管データ処理装置４に取り込むようにしてもよい。
【００３２】
また、３はプローブ装置１で計測された手のひら２の静脈走行パターン、４は血管データ処理装置であり、この血管データ処理装置４は、手のひら２の静脈走行パターンによる個人認証部５と、認証と同時に被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部６と、この静脈測定部６で計測された被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置７と、過去に計測された被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置８と、比較装置９と、自動診断装置１０とを備えている。比較装置９では、第１の記憶装置７と第２の記憶装置８に記憶されている被験者の静脈の形態及び直径を比較し、自動診断装置１０では、この比較装置９からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する。上記した非特許文献４に開示されているように、静脈の血管運動は、自律神経系の制御のうち主として交感神経系のアルファアドレナリン作動性神経の支配を受けており、特に皮膚の静脈床は豊富な神経支配を受けていることが知られている。つまり、皮膚の静脈の直径の変動は自律神経機能の状態を鋭敏に反映する。よって、静脈の形態及び直径を過去の記録と比較することで、被験者の体調をモニタリングすることができる。
【００３３】
図２は本発明の第２実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の血管のデータ処理装置のブロック図である。
【００３４】
この実施例では、静脈だけでなく動脈の計測も同時に行うことによって体調診断を行う。血管データ処理装置１１は、静脈走行パターンによる個人認証部１２と、静脈測定部１３と、個人認証部１２で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、その動脈の形態及び直径を計測する動脈測定部１４と、静脈測定部１３と動脈測定部１４で計測された被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶する第３の記憶装置１５と、過去に計測された被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶している第４の記憶装置１６と、比較装置１７と、自動診断装置１８とを備えている。比較装置１７では、第３の記憶装置１５と第４の記憶装置１６に記憶されている被験者の静脈と動脈の形態及び直径を比較する。また、自動診断装置１８では、比較装置１７からの結果に基づいて、被験者の自律神経機能の状態を自動診断する。このように、第１実施例における静脈の比較診断に加えて動脈も比較診断することで、動脈運動を支配する自律神経機能を診断し、被験者の体調をモニタリングすることができる。
【００３５】
図３は本発明の第２実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の概略構成を示す図であり、図３（ａ）は手のひらをプローブ装置上にセットした状態を示す図、図３（ｂ）はプローブ装置によって得られた手のひらの静脈走行パターンを示す図である。
【００３６】
被験者は、図３（ａ）に示すように、手のひら２を超音波、あるいは近赤外線光を用いたプローブ装置１上にセットする。すると、プローブ装置１によって手のひら２の静脈走行パターン３が得られる。この静脈走行パターン３の認識により個人認証を行い、同時に、静脈走行パターン３との位置関係と拍動から動脈の位置を同定する。そして、計測した静脈・動脈の形態及び直径を過去の記録と比較することにより、自律神経機能を診断し、体調モニタリングを行うことができる。
【００３７】
図４は本発明の第３実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の血管データ処理装置のブロック図である。
【００３８】
この実施例では、血管データ処理装置２１は、静脈走行パターンによる個人認証部２２と、個人認証部２２で得られた静脈を同定し、その静脈のヘモグロビン飽和度を測定する静脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部２３と、個人認証部２２で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、そのヘモグロビン飽和度を計測する動脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部２４と、測定部２３，２４で計測した静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶する第５の記憶装置２５と、過去に計測された被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶している第６の記憶装置２６と、比較装置２７と、自動診断装置２８とを備えている。比較装置２７では、第５の記憶装置２５と第６の記憶装置２６に記憶されている静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を比較し、自動診断装置２８では、この比較装置２７からの結果に基づいて、臓器末梢循環や呼吸機能の状態を診断し、被験者の体調をモニタリングすることができる。
【００３９】
なお、この第３実施例では、酸化ヘモグロビン飽和度のみから体調診断を行うようにしたが、第２実施例と組み合わせて、同時に静脈及び動脈の形態及び直径を計測し、自律神経解析機能を介した体調診断を行うようにしてもよい。
【００４０】
図５は本発明に係る近赤外線光による静脈認証時に得られた静脈走行パターン画像の一例を示す図である。ここでは、小指静脈（コントラスト調整後）が示されている。この静脈走行パターン画像から静脈の直径を推定することができるので、これを過去の記録と比較することで計測時における自律神経機能の状態を診断することができ、被験者の体調のモニタリングを行うことができる。
【００４１】
図６は本発明に係る超音波による静脈認証時の動脈直径推定法の一例を示す図である。静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈の位置を同定し、動脈内径を自動解析することができるので、リアルタイムで動脈直径の時系列変化曲線を得ることができる。
【００４２】
また、近赤外線光、あるいは超音波を用いて、ある程度の長時間継続して計測を行うことによって血管系の運動を直接測定し、周期性の揺らぎ、非線形の揺らぎの解析を行ってもよい。ここで、計測時間は１０秒周期のマイヤー波成分をチェックすると、安全域を考え、１０回分の１００秒あると正確に計測できる。しかし、原理的には、１回分の１０秒でも計測は可能である。
【００４３】
図７は本発明に係る超音波による静脈認証時の動脈直径の時間変化の時系列曲線の一例を示す図である。動脈圧波形とほぼ同様の時系列変化が得られており、静脈認証時の動脈直径計測によって動脈圧波形とほぼ同様の時系列曲線が得られることがわかる。従って、原理的には、一心拍分の記録があれば、動脈直径の時系列変化を推定することができる。
【００４４】
図８は本発明で計測した動脈直径の時間変化の時系列曲線において、末梢を変動させて反射波を変化させた時の一心拍分の時系列変動波形を示す図である。ｔｉｄａｌ ｗａｖｅ（潮浪波）の増大が観測されており、末梢の変化が動脈直径の時系列曲線に鋭敏に反映されていることがわかる。従って、体調変化による血行動態の変動を、本発明の生体認証を用いた体調診断装置で計測できることがわかる。
【００４５】
図９は本発明で計測した動脈直径の時間変化の時系列曲線とその二次微分波形を示す図、図１０は動脈直径の時間変化の時系列曲線の二次微分波形におけるａ波、ｂ波、ｄ波から計算されたパラメータと年齢との相関を示す上記非特許文献５における一次回帰相関直線の近似値を示す図である。
【００４６】
図９において、ａ波は動脈の脈波の波形を二回微分して得られた加速度脈波の波形の収縮初期陽性波で、ｂ波は収縮初期の陰性波であり、二つ合わせて心臓の収縮を示すパラメータになる。ａとｂの比（ａ／ｂ）を取って、このａ／ｂのパラメータは、収縮を受ける血管側の動脈の伸展性を示す。ｃ波は収縮中期の再上昇波で、加齢によって低下する。ｄ波は収縮後期の再下降波で、動脈の抹消からの反射波の影響を示すので、動脈硬化の悪化を示す。ｅ波は拡張初期の陽性波で、血管が柔らかであれば若年層で高い値を示す。医学文献によれば、ｂ，ｃ，ｄ波とも正常値はなく、ａ波との比で定量化される。
【００４７】
本発明で得られた動脈直径の時間変化の時系列曲線の二次微分波形を計算することで、反射波の影響や血管弾性の変動を鋭敏に定量化することができるので、静脈認証時に血管年齢指数で表される体調の評価を行うことができる。
【００４８】
図１１は本発明の手のひら静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の診断概要を示す図である。
【００４９】
図４に示したように、超音波又は近赤外線光を用いたプローブ装置による手のひらの静脈認証時に、同時に静脈直径及び動脈直径を測定し、自律神経機能を診断する。また、動脈直径の時系列変化から、一心拍分の動脈直径の変化を計算し、図７に示したように、動脈直径の時系列曲線を得て心機能及び血管機能の診断を行う。さらに、動脈直径の時系列曲線（動脈直径の時間変化）の二次微分波形を計算し、その波形解析から血管年齢指数を計算する。また、静脈認証時に手のひらをプローブ装置に長時間接触させておくことで、動脈直径の時系列変化の揺らぎを計測し、自律神経機能を診断し、被験者の体調のモニタリングを可能とすることができる。
【００５０】
同様に、静脈直径の揺らぎ、ヘモグロビン濃度の揺らぎからも、被験者の体調を診断することができる。
【００５１】
図１２は本発明で計測した心電図波形と脈波の一例を示す図である。
【００５２】
上記第１〜第３実施例に示した手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、図１２（ｂ）に示される心電図Ｒ波のピークから、図１２（ａ）に示される動脈脈波の立ち上がりまでの遅れ時間を計算して脈波伝播時間（ＰＴＴ）を得ることができる。この脈波伝播時間から動脈の脈波伝播速度を計算することで、血管弾性を計算して被験者の体調をモニタリングするようにすることができる。つまり、血管が緊張していれば脈波は速く、血管が緩んでいれば脈波はゆっくりと伝わるので、心電図〔図１２（ｂ）〕と脈波〔図１２（ａ）〕とから体調を診断することができる。
【００５３】
また、図１２（ｂ）に示される心電図ＲＲ間隔と脈波伝播速度のゆらぎを計算して、動脈圧反射機能を定量診断することにより、被験者の体調をモニタリングするようにすることもできる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置は、被験者本人の体調管理、会社における個人認証時の労務管理だけでなく、病院における診断やフォロー、外来診療管理、スポーツクラブや老人ホームにおける体調管理に用いても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１ 超音波を用いたプローブ装置
１ａ 超音波計測装置
１ｂ 超音波信号発生器
１ｃ 受信回路
１ｄ プローブ
２ 診断の対象となる手のひら
２ａ 被験者の手のひらの皮膚
２ｂ 血管
３ 静脈走行パターン
４，１１，２１ 血管データ処理装置
５，１２，２２ 個人認証部
６，１５ 静脈測定部
７ 第１の記憶装置
８ 第２の記憶装置
９，１７，２７ 比較装置
１０，１８，２８ 自動診断装置
１４ 動脈測定部
１５ 第３の記憶装置
１６ 第４の記憶装置
２３ 静脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部
２４ 動脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部
２５ 第５の記憶装置
２６ 第６の記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波、あるいは近赤外線光を用いた手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、血管及び自律神経診断には、心電図やレントゲン写真、ホルター心電図による自律神経機能解析などの診断法が用いられていた。これは、病院で記録される２４時間の心電図記録のＲＲ間隔の揺らぎから自律神経機能を診断するもので、高価で大掛かりな装置が必要となる。
【０００３】
このような技術は、例えば、下記特許文献１及び非特許文献１，２などに開示されている。心拍数や血圧の揺らぎを用いれば、循環系を支配する自律神経機能の診断が可能になり、体調のモニタリングを具現化することができる。しかしながら、これらの診断装置は病院で用いる大掛かりな装置なので、一般の会社で使うことができないという問題がある。
【０００４】
また、下記特許文献２には近赤外線光を用いた血糖特定が、下記非特許文献３には近赤外線光を用いた酸化ヘモグロビン濃度の計測を介した酸素代謝の診断が開示されており、これらは既に臨床で行われているが、これらの装置も同じく病院で使用するものであり、大掛かりな装置が必要である。
【０００５】
さらに、下記特許文献３には、指静脈の走行パターンを認識する個人認証装置が開示されている。この特許文献３は静脈の走行パターンを用いた個人認証のみに注目したものであり、人体の診断に結びつける情報を取得するための方法に関しての開示はなされていない。
【０００６】
また、下記特許文献４には動脈の脈波計測による血管年齢の算出法が開示されているが、動脈圧波形の時系列記録には、動脈を穿刺するか、動脈圧センサーで動脈圧波形時系列曲線を記録する必要があり、身体への侵襲の面からも問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５１７５５３号公報
【特許文献２】特表２００５−５１９６８２号公報
【特許文献３】特開２００７−２８７０８０号公報
【特許文献４】特開２００２−２３８８６７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｙａｍｂｅ Ｔ, Ｙｏｓｈｉｚａｗａ Ｍ, Ｆｕｋｕｄｏ Ｓ, Ｆｕｋｕｄａ Ｈ, Ｋａｗａｓｈｉｍａ Ｒ, Ｓｈｉｚｕｋａ Ｋ, Ｎａｎｋａ Ｓ, Ｔａｎａｋａ Ａ, Ａｂｅ Ｋ, Ｓｈｏｕｊｉ Ｔ, Ｈｏｎｇｏ Ｍ, Ｔａｂａｙａｓｈｉ Ｋ, Ｎｉｔｔａ Ｓ. “Ｃａｎ ｐｅｒｓｏｎａｌｉｔｙ ｔｒａｉｔｓ ｐｒｅｄｉｃｔ ｐａｔｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｔｏ ａｕｄｉｏｖｉｓｕａｌ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ？”，Ｂｉｏｍｅｄ Ｐｈａｒｍａｃｏｔｈｅｒ. , ２００３ Ｏｃｔ；５７ Ｓｕｐｐｌ １：８３ｓ−８６ｓ.
【非特許文献２】Ｐａｒｋ Ｓ, Ｒｉｎｋ ＬＤ, Ｗａｌｌａｃｅ ＪＰ. “Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ：ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ １０−ｍｉｎ ｗａｌｋｉｎｇ ｓｅｓｓｉｏｎｓ”，Ｊ Ｈｕｍ Ｈｙｐｅｒｔｅｎｓ. ，２００８ Ｊｕｌ；２２（７）：４７５−８２.
【非特許文献３】Ｗｏｌｆ Ｔ, Ｌｉｎｄａｕｅｒ Ｕ, Ｒｅｕｔｅｒ Ｕ, Ｂａｃｋ Ｔ, Ｖｉｌｌｒｉｎｇｅｒ Ａ, Ｅｉｎｈａｕｐｌ Ｋ, Ｄｉｒｎａｇｌ Ｕ. “Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｃｅｒｅｂｒａｌ ｂｌｏｏｄ ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｐｅｒｉ−ｉｎｆａｒｃｔ ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｆｏｃａｌ ｃｅｒｅｂｒａｌ ｉｓｃｈｅｍｉａ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｔ”. ，Ｊ Ｃｅｒｅｂ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ Ｍｅｔａｂ. , １９９７ Ｓｅｐ；１７（９）：９５０−９５４.
【非特許文献４】Ｐｒｉｍｅｒ ｔｏ Ａｕｔｏｎｏｍｉｃ Ｎｅｒｖｏｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ，ｅｄ ｂｙ Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ Ｄ．，Ｅｌｓｅｒｖｉｅｒ，２００７
【非特許文献５】Ｈａｒｕｋｏ Ｔａｋａｄａ，“Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｆ ａｇｉｎｇ ｓｃｏｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｂｙ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ．”，Ｈｅａｌｔｈ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ，２９（５），ｐｐ．８５５−８６１，２００２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、従来の技術では、血管運動にかかわる自律神経機能診断で体調をモニタリングするには大掛かりな装置が必要であるという問題があった。また、近赤外線光を用いる診断法も大規模装置が必要である。さらに、近赤外線光、あるいは超音波を用いた個人認証技術は過去に開示されているが、血管年齢や自律神経機能の定量診断に結びつける方法論の報告は過去にない。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みて、簡便に被験者の体調をモニタリングすることができる、手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置を提供することを目的とする。
【００１１】
より詳細には、個人認証にかかわる静脈走行パターンの認証の際に、静脈との位置関係、及び拍動によって動脈を同定することで、生体認証と同時に静脈の直径および動脈の直径を計算し、それを過去の被験者記録と比較することによって被験者の体調を診断することができる。また、動脈直径の一心拍波形の二次微分波形から血管年齢を計算することができる。更に、長時間計測によって血管径の揺らぎも計測することができ、その計測結果を過去のデータと比較参照することで現在の被験者の自律神経の状態を診断することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、プローブ装置と、このプローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、この静脈測定部で計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置と、前記第１の記憶装置と前記第２の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈の形態及び直径を比較する比較装置と、この比較装置からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１３】
〔２〕手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、プローブ装置と、このプローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、前記個人認証部で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、この動脈の形態及び直径を測定する動脈測定部と、前記静脈測定部と前記動脈測定部で計測された前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶する第３の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶している第４の記憶装置と、前記第３の記憶装置と前記第４の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を比較する比較装置と、この比較装置からの結果に基づいて、静脈運動及び動脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１４】
〔３〕手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、プローブ装置と、このプローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、この個人認証部で得られた静脈を同定し、この静脈のヘモグロビン飽和度を測定する静脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部と、前記個人認証部で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、この動脈のヘモグロビン飽和度を計測する動脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部と、前記測定部で計測した被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶する第５の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶している第６の記憶装置と、前記第５の記憶装置と前記第６の記憶装置に記憶されている静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を比較する比較装置と、この比較装置からの結果に基づいて、臓器末梢循環や呼吸機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１５】
〔４〕上記〔２〕記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、測定した動脈直径の一心拍分の時系列変化を記録することで、解析された血行動態時系列曲線から心機能及び血管機能を診断し、更に、動脈直径時系列変化曲線の一次微分波形、二次微分波形を計算して血管年齢を推定することで、体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１６】
〔５〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、前記個人認証時に前記被験者の体表の計測部位を前記プローブ装置に長時間接触させて保持することで、動脈直径の揺らぎ、静脈直径の揺らぎ、ヘモグロビン濃度の揺らぎを計測し、これらの揺らぎの計測結果に基づいて自律神経機能を診断することで、体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１７】
〔６〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、心電図Ｒ波のピークから動脈脈波の立ち上がりまでの遅れ時間を計算し、動脈の脈波伝播速度を計算することで、血管弾性を計算して体調をモニタリングすることを特徴とする。
【００１８】
〔７〕上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、心電図ＲＲ間隔と脈波伝播速度のゆらぎを計算し、動脈圧反射機能を定量診断することで、体調をモニタリングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００２０】
（１）手のひらの静脈走行パターンによる生体認証と同時に、動脈・静脈の血管の直径の計測を行うことにより、血管運動支配の自律神経機能解析を介した体調モニタリングを行うことができる。
【００２１】
本発明では、手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を行っているため、指の静脈走行パターンによる生体認証に比べて計測する静脈の数が多く、また太さも大きいことから、より安定した認証を行うことができる。また、指の血管は数が少なく細いので、寒さで収縮した時などに認証の信頼性に影響があるが、手のひらの血管を用いた場合はそのような影響が低減される。
【００２２】
（２）手のひらの静脈走行パターンによる生体認証と同時に酸化ヘモグロビン飽和度を測定することにより、臓器末梢循環や呼吸機能の状態を自動診断して、被験者の体調をモニタリングすることができる。
【００２３】
（３）動脈の形態及び直径を測定し、その一心拍分の時系列変化を記録することによって得られた血行動態時系列曲線から、心機能や血管機能を診断し、更に、動脈直径時系列変化曲線の一次微分波形、二次微分波形を計算して血管年齢を推定することで、体調をモニタリングすることができる。
【００２４】
（４）生体認証を行う際、体調診断装置に体表の計測部位を長時間（例えば、１０秒周期のマイヤー波成分をチェックする場合、安全域を考えて１０回分の１００秒）接触させておくことで、動脈の直径の揺らぎ、静脈の直径の揺らぎ、ヘモグロビン濃度の揺らぎを計測し、それらの計測結果に基づいて自律神経機能を診断することで、体調をモニタリングすることができる。
【００２５】
また、その周期性の揺らぎ成分だけでなく、フラクタル次元などの非線形要素も計算することで、体調の全体論的な診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の血管のデータ処理装置のブロック図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の血管データ処理装置のブロック図である。
【図５】本発明に係る近赤外線光による静脈認証時に得られた静脈走行パターン画像の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る超音波による静脈認証時の動脈直径推定法の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る超音波による静脈認証時の動脈直径の時間変化の時系列曲線の一例を示す図である。
【図８】本発明で計測した動脈直径の時間変化の時系列曲線において、末梢を変動させて反射波を変化させた時の一心拍分の時系列変動波形を示す図である。
【図９】本発明で計測した動脈直径の時間変化の時系列曲線とその二次微分波形を示す図である。
【図１０】本発明に係る動脈直径の時間変化の時系列曲線の二次微分波形におけるａ波、ｂ波、ｄ波から計算されたパラメータと、年齢との相関を示す一次回帰相関直線の近似値を示す図である。
【図１１】本発明の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の診断概要を示す図である。
【図１２】本発明で計測した心電図波形と脈波の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置は、プローブ装置と、このプローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、この静脈測定部で計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置と、前記第１の記憶装置と前記第２の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈の形態及び直径を比較する比較装置と、この比較装置からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングする。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の第１実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置のブロック図であり、図１（ａ）はその体調診断装置の全体構成図、図１（ｂ）はその体調診断装置のプローブ装置のブロック図である。
【００３０】
これらの図において、１は超音波を用いたプローブ装置であり、超音波計測装置１ａ、超音波信号発生器１ｂ、受信回路１ｃ、プローブ１ｄからなる。２は診断の対象となる手のひらであり、２ａは被験者の手のひらの皮膚、２ｂはその皮膚２ａ内の血管である。
【００３１】
超音波計測装置１ａは、超音波信号発生器１ｂからの信号により、被験者の手のひらの皮膚２ａにあてられたプローブ１ｄから超音波パルスを送出する。送出された超音波は、血管２ｂで反射されたエコー信号となり、プローブ１ｄを介して受信回路１ｃで受信され増幅処理されて、後述する血管データ処理装置４に送られる。なお、ここでは、超音波を用いたプローブ装置１としたが、近赤外線光の光源（図示なし）から近赤外線を手のひら２の血管２ｂに照射し、反射された光信号を受光素子で受信して血管データ処理装置４に取り込むようにしてもよい。
【００３２】
また、３はプローブ装置１で計測された手のひら２の静脈走行パターン、４は血管データ処理装置であり、この血管データ処理装置４は、手のひら２の静脈走行パターンによる個人認証部５と、認証と同時に被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部６と、この静脈測定部６で計測された被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置７と、過去に計測された被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置８と、比較装置９と、自動診断装置１０とを備えている。比較装置９では、第１の記憶装置７と第２の記憶装置８に記憶されている被験者の静脈の形態及び直径を比較し、自動診断装置１０では、この比較装置９からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する。上記した非特許文献４に開示されているように、静脈の血管運動は、自律神経系の制御のうち主として交感神経系のアルファアドレナリン作動性神経の支配を受けており、特に皮膚の静脈床は豊富な神経支配を受けていることが知られている。つまり、皮膚の静脈の直径の変動は自律神経機能の状態を鋭敏に反映する。よって、静脈の形態及び直径を過去の記録と比較することで、被験者の体調をモニタリングすることができる。
【００３３】
図２は本発明の第２実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の血管のデータ処理装置のブロック図である。
【００３４】
この実施例では、静脈だけでなく動脈の計測も同時に行うことによって体調診断を行う。血管データ処理装置１１は、静脈走行パターンによる個人認証部１２と、静脈測定部１３と、個人認証部１２で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、その動脈の形態及び直径を計測する動脈測定部１４と、静脈測定部１３と動脈測定部１４で計測された被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶する第３の記憶装置１５と、過去に計測された被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶している第４の記憶装置１６と、比較装置１７と、自動診断装置１８とを備えている。比較装置１７では、第３の記憶装置１５と第４の記憶装置１６に記憶されている被験者の静脈と動脈の形態及び直径を比較する。また、自動診断装置１８では、比較装置１７からの結果に基づいて、被験者の自律神経機能の状態を自動診断する。このように、第１実施例における静脈の比較診断に加えて動脈も比較診断することで、動脈運動を支配する自律神経機能を診断し、被験者の体調をモニタリングすることができる。
【００３５】
図３は本発明の第２実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の概略構成を示す図であり、図３（ａ）は手のひらをプローブ装置上にセットした状態を示す図、図３（ｂ）はプローブ装置によって得られた手のひらの静脈走行パターンを示す図である。
【００３６】
被験者は、図３（ａ）に示すように、手のひら２を超音波、あるいは近赤外線光を用いたプローブ装置１上にセットする。すると、プローブ装置１によって手のひら２の静脈走行パターン３が得られる。この静脈走行パターン３の認識により個人認証を行い、同時に、静脈走行パターン３との位置関係と拍動から動脈の位置を同定する。そして、計測した静脈・動脈の形態及び直径を過去の記録と比較することにより、自律神経機能を診断し、体調モニタリングを行うことができる。
【００３７】
図４は本発明の第３実施例を示す手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の血管データ処理装置のブロック図である。
【００３８】
この実施例では、血管データ処理装置２１は、静脈走行パターンによる個人認証部２２と、個人認証部２２で得られた静脈を同定し、その静脈のヘモグロビン飽和度を測定する静脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部２３と、個人認証部２２で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、そのヘモグロビン飽和度を計測する動脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部２４と、測定部２３，２４で計測した静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶する第５の記憶装置２５と、過去に計測された被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶している第６の記憶装置２６と、比較装置２７と、自動診断装置２８とを備えている。比較装置２７では、第５の記憶装置２５と第６の記憶装置２６に記憶されている静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を比較し、自動診断装置２８では、この比較装置２７からの結果に基づいて、臓器末梢循環や呼吸機能の状態を診断し、被験者の体調をモニタリングすることができる。
【００３９】
なお、この第３実施例では、酸化ヘモグロビン飽和度のみから体調診断を行うようにしたが、第２実施例と組み合わせて、同時に静脈及び動脈の形態及び直径を計測し、自律神経解析機能を介した体調診断を行うようにしてもよい。
【００４０】
図５は本発明に係る近赤外線光による静脈認証時に得られた静脈走行パターン画像の一例を示す図である。ここでは、小指静脈（コントラスト調整後）が示されている。この静脈走行パターン画像から静脈の直径を推定することができるので、これを過去の記録と比較することで計測時における自律神経機能の状態を診断することができ、被験者の体調のモニタリングを行うことができる。
【００４１】
図６は本発明に係る超音波による静脈認証時の動脈直径推定法の一例を示す図である。静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈の位置を同定し、動脈内径を自動解析することができるので、リアルタイムで動脈直径の時系列変化曲線を得ることができる。
【００４２】
また、近赤外線光、あるいは超音波を用いて、ある程度の長時間継続して計測を行うことによって血管系の運動を直接測定し、周期性の揺らぎ、非線形の揺らぎの解析を行ってもよい。ここで、計測時間は１０秒周期のマイヤー波成分をチェックすると、安全域を考え、１０回分の１００秒あると正確に計測できる。しかし、原理的には、１回分の１０秒でも計測は可能である。
【００４３】
図７は本発明に係る超音波による静脈認証時の動脈直径の時間変化の時系列曲線の一例を示す図である。動脈圧波形とほぼ同様の時系列変化が得られており、静脈認証時の動脈直径計測によって動脈圧波形とほぼ同様の時系列曲線が得られることがわかる。従って、原理的には、一心拍分の記録があれば、動脈直径の時系列変化を推定することができる。
【００４４】
図８は本発明で計測した動脈直径の時間変化の時系列曲線において、末梢を変動させて反射波を変化させた時の一心拍分の時系列変動波形を示す図である。ｔｉｄａｌ ｗａｖｅ（潮浪波）の増大が観測されており、末梢の変化が動脈直径の時系列曲線に鋭敏に反映されていることがわかる。従って、体調変化による血行動態の変動を、本発明の生体認証を用いた体調診断装置で計測できることがわかる。
【００４５】
図９は本発明で計測した動脈直径の時間変化の時系列曲線とその二次微分波形を示す図、図１０は動脈直径の時間変化の時系列曲線の二次微分波形におけるａ波、ｂ波、ｄ波から計算されたパラメータと年齢との相関を示す上記非特許文献５における一次回帰相関直線の近似値を示す図である。
【００４６】
図９において、ａ波は動脈の脈波の波形を二回微分して得られた加速度脈波の波形の収縮初期陽性波で、ｂ波は収縮初期の陰性波であり、二つ合わせて心臓の収縮を示すパラメータになる。ａとｂの比（ａ／ｂ）を取って、このａ／ｂのパラメータは、収縮を受ける血管側の動脈の伸展性を示す。ｃ波は収縮中期の再上昇波で、加齢によって低下する。ｄ波は収縮後期の再下降波で、動脈の抹消からの反射波の影響を示すので、動脈硬化の悪化を示す。ｅ波は拡張初期の陽性波で、血管が柔らかであれば若年層で高い値を示す。医学文献によれば、ｂ，ｃ，ｄ波とも正常値はなく、ａ波との比で定量化される。
【００４７】
本発明で得られた動脈直径の時間変化の時系列曲線の二次微分波形を計算することで、反射波の影響や血管弾性の変動を鋭敏に定量化することができるので、静脈認証時に血管年齢指数で表される体調の評価を行うことができる。
【００４８】
図１１は本発明の手のひら静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置の診断概要を示す図である。
【００４９】
図４に示したように、超音波又は近赤外線光を用いたプローブ装置による手のひらの静脈認証時に、同時に静脈直径及び動脈直径を測定し、自律神経機能を診断する。また、動脈直径の時系列変化から、一心拍分の動脈直径の変化を計算し、図７に示したように、動脈直径の時系列曲線を得て心機能及び血管機能の診断を行う。さらに、動脈直径の時系列曲線（動脈直径の時間変化）の二次微分波形を計算し、その波形解析から血管年齢指数を計算する。また、静脈認証時に手のひらをプローブ装置に長時間接触させておくことで、動脈直径の時系列変化の揺らぎを計測し、自律神経機能を診断し、被験者の体調のモニタリングを可能とすることができる。
【００５０】
同様に、静脈直径の揺らぎ、ヘモグロビン濃度の揺らぎからも、被験者の体調を診断することができる。
【００５１】
図１２は本発明で計測した心電図波形と脈波の一例を示す図である。
【００５２】
上記第１〜第３実施例に示した手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、図１２（ｂ）に示される心電図Ｒ波のピークから、図１２（ａ）に示される動脈脈波の立ち上がりまでの遅れ時間を計算して脈波伝播時間（ＰＴＴ）を得ることができる。この脈波伝播時間から動脈の脈波伝播速度を計算することで、血管弾性を計算して被験者の体調をモニタリングするようにすることができる。つまり、血管が緊張していれば脈波は速く、血管が緩んでいれば脈波はゆっくりと伝わるので、心電図〔図１２（ｂ）〕と脈波〔図１２（ａ）〕とから体調を診断することができる。
【００５３】
また、図１２（ｂ）に示される心電図ＲＲ間隔と脈波伝播速度のゆらぎを計算して、動脈圧反射機能を定量診断することにより、被験者の体調をモニタリングするようにすることもできる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置は、被験者本人の体調管理、会社における個人認証時の労務管理だけでなく、病院における診断やフォロー、外来診療管理、スポーツクラブや老人ホームにおける体調管理に用いても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１ 超音波を用いたプローブ装置
１ａ 超音波計測装置
１ｂ 超音波信号発生器
１ｃ 受信回路
１ｄ プローブ
２ 診断の対象となる手のひら
２ａ 被験者の手のひらの皮膚
２ｂ 血管
３ 静脈走行パターン
４，１１，２１ 血管データ処理装置
５，１２，２２ 個人認証部
６，１５ 静脈測定部
７ 第１の記憶装置
８ 第２の記憶装置
９，１７，２７ 比較装置
１０，１８，２８ 自動診断装置
１４ 動脈測定部
１５ 第３の記憶装置
１６ 第４の記憶装置
２３ 静脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部
２４ 動脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部
２５ 第５の記憶装置
２６ 第６の記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ装置と、該プローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、該静脈測定部で計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置と、前記第１の記憶装置と前記第２の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈の形態及び直径を比較する比較装置と、該比較装置からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項２】
プローブ装置と、該プローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、前記個人認証部で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、該動脈の形態及び直径を測定する動脈測定部と、前記静脈測定部と前記動脈測定部で計測された前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶する第３の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶している第４の記憶装置と、前記第３の記憶装置と前記第４の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を比較する比較装置と、該比較装置からの結果に基づいて、静脈運動及び動脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項３】
プローブ装置と、該プローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、該個人認証部で得られた静脈を同定し、該静脈のヘモグロビン飽和度を測定する静脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部と、前記個人認証部で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、該動脈のヘモグロビン飽和度を計測する動脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部と、前記測定部で計測した被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶する第５の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶している第６の記憶装置と、前記第５の記憶装置と前記第６の記憶装置に記憶されている静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を比較する比較装置と、該比較装置からの結果に基づいて、臓器末梢循環や呼吸機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項４】
請求項２記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、測定した動脈直径の一心拍分の時系列変化を記録することで、解析された血行動態時系列曲線から心機能及び血管機能を診断し、更に、動脈直径時系列変化曲線の一次微分波形、二次微分波形を計算して血管年齢を推定することで、体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、前記個人認証時に前記被験者の体表の計測部位を前記プローブ装置に長時間接触させて保持することで、動脈直径の揺らぎ、静脈直径の揺らぎ、ヘモグロビン濃度の揺らぎを計測し、該揺らぎの計測結果に基づいて自律神経機能を診断することで、体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項６】
請求項１、２又は３記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、心電図Ｒ波のピークから動脈脈波の立ち上がりまでの遅れ時間を計算し、動脈の脈波伝播速度を計算することで、血管弾性を計算して体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項７】
請求項１、２又は３記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、心電図ＲＲ間隔と脈波伝播速度のゆらぎを計算し、動脈圧反射機能を定量診断することで、体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項１】
プローブ装置と、該プローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、該静脈測定部で計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶する第１の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈の形態及び直径を記憶している第２の記憶装置と、前記第１の記憶装置と前記第２の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈の形態及び直径を比較する比較装置と、該比較装置からの結果に基づいて、静脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項２】
プローブ装置と、該プローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、前記静脈走行パターンから被験者の静脈の形態及び直径を計測する静脈測定部と、前記個人認証部で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、該動脈の形態及び直径を測定する動脈測定部と、前記静脈測定部と前記動脈測定部で計測された前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶する第３の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を記憶している第４の記憶装置と、前記第３の記憶装置と前記第４の記憶装置に記憶されている前記被験者の静脈と動脈の形態及び直径を比較する比較装置と、該比較装置からの結果に基づいて、静脈運動及び動脈運動を支配する自律神経機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項３】
プローブ装置と、該プローブ装置を用いた手のひらの血管データ処理装置とを備え、前記血管データ処理装置は、静脈走行パターンによる個人認証部と、該個人認証部で得られた静脈を同定し、該静脈のヘモグロビン飽和度を測定する静脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部と、前記個人認証部で得られた静脈走行パターンとの位置関係と拍動から動脈を同定し、該動脈のヘモグロビン飽和度を計測する動脈酸化ヘモグロビン飽和度測定部と、前記測定部で計測した被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶する第５の記憶装置と、過去に計測された前記被験者の静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を記憶している第６の記憶装置と、前記第５の記憶装置と前記第６の記憶装置に記憶されている静脈及び動脈の酸化ヘモグロビン飽和度を比較する比較装置と、該比較装置からの結果に基づいて、臓器末梢循環や呼吸機能の状態を自動診断する自動診断装置とを備え、前記被験者の体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項４】
請求項２記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、測定した動脈直径の一心拍分の時系列変化を記録することで、解析された血行動態時系列曲線から心機能及び血管機能を診断し、更に、動脈直径時系列変化曲線の一次微分波形、二次微分波形を計算して血管年齢を推定することで、体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、前記個人認証時に前記被験者の体表の計測部位を前記プローブ装置に長時間接触させて保持することで、動脈直径の揺らぎ、静脈直径の揺らぎ、ヘモグロビン濃度の揺らぎを計測し、該揺らぎの計測結果に基づいて自律神経機能を診断することで、体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項６】
請求項１、２又は３記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、心電図Ｒ波のピークから動脈脈波の立ち上がりまでの遅れ時間を計算し、動脈の脈波伝播速度を計算することで、血管弾性を計算して体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【請求項７】
請求項１、２又は３記載の手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置において、同時に心電図を計測することで、心電図ＲＲ間隔と脈波伝播速度のゆらぎを計算し、動脈圧反射機能を定量診断することで、体調をモニタリングすることを特徴とする手のひらの静脈走行パターンによる生体認証を用いた体調診断装置。
【図２】
【図４】
【図１０】
【図１２】
【図１】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図４】
【図１０】
【図１２】
【図１】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２７９６５１（Ｐ２０１０−２７９６５１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３７５１８（Ｐ２００９−１３７５１８）
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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