生体信号測定装置
【課題】全体の演算量を減らすことができる。
【解決手段】本発明の生体信号測定装置は、生体信号を測定する生体信号測定部と、測定された生体信号を演算処理する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、記生体信号の算出に必要な演算処理を行う独立して制御可能な第１演算処理部と、特定の演算処理を行う独立して制御可能な第２演算処理部と、を有し、前記第１演算処理部が所定条件を具備した場合に、前記第２演算処理部に特定の演算処理を実行させることを特徴とする。
【解決手段】本発明の生体信号測定装置は、生体信号を測定する生体信号測定部と、測定された生体信号を演算処理する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、記生体信号の算出に必要な演算処理を行う独立して制御可能な第１演算処理部と、特定の演算処理を行う独立して制御可能な第２演算処理部と、を有し、前記第１演算処理部が所定条件を具備した場合に、前記第２演算処理部に特定の演算処理を実行させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ処理機能などの性能を維持しつつ、消費電力を減らすとともに、長時間の連続使用を可能とする生体信号測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体信号測定装置の一例として、動脈血の酸素飽和度を非観血的に測定するパルスオキシメータが広く利用されている（例えば特許文献１参照）。従来のパルスオキシメータによる酸素飽和度の測定では、まず、プローブを被験者の指先や耳朶に装着し、プローブから赤色光と赤外光の異なる２波長の光を被験者の装着部位に時分割に照射する。そして、照射光のうち、指先や耳朶の組織内を透過した透過光または組織内外で反射した反射光を各波長の光毎に検出し、その検出結果から得られる吸光度の脈動成分の比から酸素飽和度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３３９０８号公報
【特許文献２】特許４１９６２０９号
【特許文献３】特許４３５２３１５号
【特許文献４】国際公開ＷＯ９２／０１５９５５号公報
【特許文献５】特開平７−８８０９２号公報
【特許文献６】米国特許５８５３３６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のパルスオキシメータでは、上記各波長の光の検出結果から酸素飽和度を算出する際の演算処理は内蔵されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で全て行っている。そして、例えば生体が動くことで生じる様々な種類のノイズである体動ノイズの除去機能を備えたパルスオキシメータ（例えば特許文献２や特許文献３）では、ＣＰＵが酸素飽和度の算出だけでなく体動ノイズのフィルタリングも行うことから、ＣＰＵにかかる処理負荷も大きくなる。例えばＣＰＵが体動ノイズを取り除くために要する処理時間は、ＣＰＵが全ての演算処理に要する時間のおよそ３／４を占める場合がある。したがって、このような体動ノイズの除去機能を備えたパルスオキシメータでは、サイクルタイムを満たしつつノイズ除去を行うために高性能のＣＰＵを搭載する必要があった。また、ノイズ除去に伴う演算量の増加は消費電力の増大にも直結し、パルスオキシメータの消費電力に占めるＣＰＵの消費電力の割合はおよそ６割にもなる。したがって、電池から供給される電力で駆動する携帯型パルスオキシメータでは電池の寿命が短くなることが課題であった。
【０００５】
なお、その他に体動ノイズの除去方法として、広く様々な方法が知られている（例えば特許文献４〜特許文献６など参照）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決することのできる本発明の生体信号測定装置は、生体信号を測定する生体信号測定部と、測定された生体信号を演算処理する演算処理部とを備え、前記演算処理部は、前記生体信号の算出に必要な演算処理を行う独立して制御可能な第１演算処理部と、特定の演算処理を行う独立して制御可能な第２演算処理部と、を有し、前記第１演算処理部が所定条件を具備した場合に、前記第２演算処理部に特定の演算処理を実行させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記第２演算処理部は、前記特定の演算処理を前記第１演算処理部と比べてより少ない演算量で行うことが好ましい。
【０００８】
また、前記特定の演算処理とは、単純処理、定型処理、および並列処理の少なくともいずれかの演算処理であることがより好ましい。
【０００９】
また、前記特定の演算処理とは、測定された前記生体信号に含まれる体動ノイズや外来光ノイズの除去に特化した演算処理であることが好ましい。
【００１０】
また、前記所定条件とは、測定された生体信号の品質が低下した場合や体動が検出された場合および外来光が検出された場合の少なくともいずれかを含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記第２演算処理部は、演算処理の種類に応じて当該演算処理のための単位データ長が可変であり、かつ前記第１演算処理部の演算処理のための単位データ長よりも短いことがより好ましい。
【００１２】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記第１演算処理部は、予め定められた条件に基づいて前記第２演算処理部に演算処理を行わせるべきか否かを判定し、前記第２演算処理部に演算処理を行わせるべきと判定した場合にのみデータを前記第２演算処理部に入力することがより好ましい。
【００１３】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記第１演算処理部は、ノイズ成分による前記演算処理の負荷が予め定められたレベルを超えた場合に、前記データを前記第２演算処理部に入力することがより好ましい。
【００１４】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記演算処理部は、更に、前記生体信号の測定結果にノイズを発生させる外乱要因を検出可能な外乱検出部を備え、前記外乱検出部が前記外乱要因を検出した場合、前記第１演算処理部は、前記第２演算処理部に前記特定の演算処理を実行させることがより好ましい。
【００１５】
ここで、前記外乱検出部は、体動を検出するための加速度センサ、および、外来光を検出するための光センサ、の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００１６】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記演算処理部は、更に、前記第１演算処理部により得られる第１の演算結果と前記第２演算処理部により得られる第２の演算結果とのいずれかが最適かを判定する判定部を備え、前記判定部により最適とされた演算結果を出力することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記生体信号測定部は、赤色光および赤外光の異なる２波長の光をそれぞれ異なるタイミングで動脈血流を含む生体組織に照射する発光部と、前記発光部から照射されて前記生体組織を透過又は反射した前記光を受光し、それぞれの波長毎の前記光の受光強度に応じた電気信号に変換する受光部と、を備え、前記第１演算処理部は、前記電気信号に基づいて生成されたデータから前記２波長の光について動脈血流による吸光度における脈動成分の比を算出するとともに、当該脈動成分の比に基づいて動脈血の酸素飽和度を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の生体信号測定装置によれば、第１演算処理部が所定条件を具備した場合に、第１演算処理部が演算処理を第２演算処理部に実行させることで、第１演算処理部だけで処理する場合と比べて、第１演算処理部の演算量を減らすことができるので、例えばより低いクロック周波数のＣＰＵを第１演算処理部に用いることにより消費電力も削減できる。ゆえに、電池駆動のパルスオキシメータにおいて電池の寿命を延ばすことができる。さらに、第１演算処理部として高性能な部品（例えばＣＰＵ）を採用せず、汎用部品に置き換えても、生体信号測定装置の性能を維持できる為、部品の選択に自由度のある開発を実現する。
【００１９】
本発明の生体信号測定装置によれば、第１演算処理部と第２演算処理部は独立して制御可能であり、負荷のかかる演算処理（体動ノイズの除去処理や外来光ノイズの除去処理）を分散できるため、必要に応じて電源のオンオフ制御を可能とし、消費電力を削減できる。
【００２０】
本発明の生体信号測定装置によれば、第１演算処理部が予め定められた条件に基づき判定を行い、又はノイズ成分による演算処理の負荷が予め定められたレベルを超えた場合に第２演算処理部に入力をするため、第２演算処理部は必要な時のみ起動するため、消費電力を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るパルスオキシメータ１の機能構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の他の例に係るパルスオキシメータ２の機能構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態のさらに他の例に係るパルスオキシメータ３の機能構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の特徴を限定するものではない。また、以下の実施形態の中で説明されている構成の全てが本発明を実施する上で必須であるとは限らない。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るパルスオキシメータ１の機能構成を示す図である。図１に示すように、パルスオキシメータ１は、被測定者の動脈血中の酸素飽和度を測定する装置であり、発光部１０と、受光部２０と、抽出部３０と、演算処理部５０と、表示部６０とを備える。なお、このパルスオキシメータ１は、本発明の生体信号測定装置の一例であり、発光部１０と受光部２０とにより生体信号測定部が構成される。
【００２４】
発光部１０は、発光素子１１、発光素子１２、および駆動回路１３を有する。発光素子１１および発光素子１２は、２つの異なる長の光を交互に発光するように駆動回路１３によって駆動される。本例において、発光素子１１は、波長がおよそ９４０ｎｍの赤外光（ＩＲ）を発光する発光ダイオードであり、また、発光素子１２は、波長がおよそ６６０ｎｍの赤色光（Ｒ）を発光する発光ダイオードである。
【００２５】
受光部２０は、受光素子２１および増幅器２２を有する。受光素子２１は、発光部１０から被測定者の生体組織５００に向けて上記の異なる２波長の光が交互に照射されると、当該生体組織５００を透過又は反射したそれぞれの波長の光を受光し、それぞれの光の受光強度に応じた電気信号に変換する。増幅器２２は、受光素子２１からの電気信号を所定に増幅する。本例において、受光素子２１は、フォトダイオードである。また、生体組織５００は、例えば被測定者の指先や耳朶である。
【００２６】
抽出部３０は、マルチプレクサ３１、フィルタ３２、フィルタ３３、およびＡ／Ｄ変換器３４を有する。マルチプレクサ３１は、増幅器２２において増幅された上記電気信号をそれぞれの光波長（Ｒ又はＩＲ）に対応した電気信号に分離する。フィルタ３２およびフィルタ３３のそれぞれには、マルチプレクサ３１において分離されたＲおよびＩＲのそれぞれに対応した電気信号のいずれか一方が入力される。フィルタ３２およびフィルタ３３は、入力される電気信号から被測定者の呼吸による変動成分などをフィルタリングし、当該変動成分以外の成分を通過させる。Ａ／Ｄ変換器３４は、フィルタ３２およびフィルタ３３のそれぞれにおいてフィルタリングされた電気信号をデジタル化する。
【００２７】
なお、被測定者の呼吸周期が未知の場合は、フィルタ３２およびフィルタ３３の各フィルタの前段に、入力される電気信号を高速フーリエ変換することができる周波数解析部を設けることにより、ＲおよびＩＲのそれぞれに対応した電気信号の周波数解析を行い、被測定者の呼吸周期に対応する周波数成分を特定してもよい。また、この場合、フィルタ３２およびフィルタ３３は、それぞれの前段の周波数解析部により測定された呼吸周期の変動に追従して抽出する周波数成分を変更可能な可変バンドパスフィルタであることが好ましい。また、これに替えて、フィルタ３２およびフィルタ３３を配置せずに上記のフィルタリングを演算処理部５０で行ってもよい。
【００２８】
演算処理部５０は、第１演算処理部５１および第２演算処理部５２を有する。本例では、上記のＡ／Ｄ変換器３４と第１演算処理部５１、および、第１演算処理部５１と第２演算処理部５２とは、それぞれ例えば８ビットのデータバスで接続されている。なお、第１演算処理部５１と第２演算処理部５２とはそれぞれ独立して制御可能である物理的に異なる素子であるのが好ましい。
【００２９】
第１演算処理部５１は、本例ではＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）であり、デジタル化された上記２波長のそれぞれの光に対応する電気信号から動脈血の酸素飽和度を算出する。より具体的には、第１演算処理部５１は、赤色光（Ｒ）の波長の吸光度の脈動成分をΔＡＲ、赤外光（ＩＲ）の波長の吸光度の脈動成分をΔＡＩＲとすると、ランバート・ベールの法則に基づき、Ф１＝ΔＡＲ／ΔＡＩＲで与えられるこれら２波長の吸光度の比Ф１を算出する。そして、第１演算処理部５１は、算出した上記２波長の吸光度の比Ф１に基づいて、被測定者の動脈血の酸素飽和度や脈拍数などを算出し、その算出結果をタイミングデータに対応付けて表示部６０へと出力する。表示部６０は、第１演算処理部５１から入力される動脈血の酸素飽和度の現在の値およびその経時的な変化等を表示する。
【００３０】
ここで、第１演算処理部５１は、所定条件を具備した場合、後述する第２演算処理部５２に特定の演算処理を実行させ、その演算結果を用いて出力する。所定条件とは、具体的にはデジタル化された上記２波長のそれぞれの光に対応する電気信号の信号品質が低下した場合（例えばＳ／Ｎ比の低下）や、体動や蛍光灯などによる外来光に起因するノイズ成分が混入している場合などが挙げられるが、これらに限られない。
【００３１】
ところで、第１演算処理部５１は、酸素飽和度の算出に際して上記２波長の吸光度の比Ф１に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行っても良い。そして、定常時に検出される周波数成分（脈波成分）と大きく異なる周波数成分が検出された場合は、第１演算処理部５１は、上記２波長の吸光度の比Ф１に体動ノイズなどの非定常的な周波数成分が含まれているものと判定し、スイッチ５３をオフからオンに切り換える。また、第１演算処理部５１は、第２演算処理部５２に対して、上記脈波成分に関する情報を出力する。
【００３２】
第２演算処理部５２は、本例ではＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）であり、体動ノイズや外来光ノイズの除去に関する処理（より具体的には、体動ノイズや外来光ノイズの除去に用いる単純処理、定型処理、および並列処理などの特定の処理）に特化した論理回路を有する。この第２演算処理部５２は、本例では、第１演算処理部５１が所定条件を具備した場合、デジタル化された上記２波長のそれぞれの光に対応する電気信号が第１演算処理部５１経由で入力され、特定の演算処理が実行される。
【００３３】
そして、第２演算処理部５２は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、信号／ノイズ波形分離（積和演算）、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、およびフィルタ処理（積和演算）の各処理（本実施形態においては特に体動ノイズの除去に関する処理）を含む動脈血の酸素飽和度の算出処理を所定のサイクルタイムで順次に行うことにより、入力される上記２波長の電気信号から体動ノイズなどの非定常的な周波数成分を除去した吸光度Ф２を算出し、その算出結果をタイミングデータに対応付けて第１演算処理部５１へ出力する。
【００３４】
ここで、第２演算処理部５２は、演算処理の単位データ長が可変であり、上記の各論理回路ではそれぞれ単位データ長が異なっても良い。特に、本例では、第２演算処理部５２で処理するデータ長は、第１演算処理部５１で処理するデータ長よりも短い。より具体的には、第１演算処理部５１では、全ての種類の演算処理はいずれも同一の単位データ長で行われることから、例えば３２ビットの単位データ長を確保しておく必要がある。したがって、第１演算処理部５１では、処理の種類によっては、単位データ長のかなりの部分が処理結果に影響を及ぼさない冗長データであるにも関わらず演算処理が行われる。
【００３５】
これに対し、第２演算処理部５２では、上記３種類の論理回路毎に、対応する演算処理を行うために必要な最低限のデータ長（８〜２６ビット）が単位データ長として適宜設定可能とする。また、第２演算処理部５２の一部を任意のサイズのメモリとして設定可能とするのがなお良い。したがって、第２演算処理部５２は、第１演算処理部５１と比べてより少ない演算量で上記の各演算処理を行うことができる。また、第２演算処理部５２が体動ノイズの除去に関する上記の各演算処理を行うことで、第１演算処理部５１が当該処理を行う場合と比べて、全体の演算量が少なくなるので、処理結果を得るまでの時間が短くなる。したがって、第１演算処理部５１だけで体動ノイズの除去に関する処理まで行う場合と比べて、より低いクロック周波数やより低容量のＲＡＭを備えたＣＰＵを第１演算処理部５１に用いることができるので、第１演算処理部５１に適用可能な部品について選択の幅が広がる。また、全体の演算量を減らしたことにより消費電力も削減できることから、とりわけパルスオキシメータ１が電池駆動である場合には、パルスオキシメータ１の駆動時間を延ばすことができる。また、第２演算処理部５２に設けるべき回路の種類が特定されている場合は、第２演算処理部５２に用いられるＦＰＧＡの回路利用率を高めることで実装面積をより小さくすることができる。
【００３６】
なお、出願人による実験では、ＣＰＵのみを備えたパルスオキシメータ（パルスオキシメータＡ）とＣＰＵおよびＦＰＧＡの両方を備えたパルスオキシメータ（パルスオキシメータＢ）のそれぞれを用いて同一のサイクルタイムで体動ノイズや外来光ノイズの処理を含めた酸素飽和度の測定を行ったところ、パルスオキシメータＢはパルスオキシメータＡのＣＰＵと比べて動作速度が１／４のＣＰＵを用いてもパルスオキシメータＡと処理速度に差がなく、また、演算処理部の消費電力はパルスオキシメータＢがパルスオキシメータＡのおよそ半分であった。
【００３７】
また、本例では、第１演算処理部５１は、第２演算処理部５２による演算処理の結果を受け取り、自身による演算処理の結果とのいずれかが出力波形として最適かを予め定めされた条件に基づいて判定する判定部としての機能も備える構成でも良い。より具体的には、本例では、第１演算処理部５１は、上記２波長の吸光度の比Ф１に対して高速フーリエ変換を行った結果などに基づいて、当該Ф１に体動ノイズなどの非定常的な周波数成分が含まれていないと判定した場合には、自身による演算処理の結果を表示部６０へと出力し、上記Ф１に体動ノイズが含まれていると判定した場合には、第２演算処理部５２による演算処理の結果を表示部６０へと出力する。
【００３８】
このように、第１演算処理部５１は、Ф１に体動ノイズなどのノイズ成分が含まれているか否かに応じて、当該ノイズ成分の除去が行われている第２演算処理部５２による処理結果、あるいはノイズ成分の除去などが行われずにより入力信号に近い処理結果である第１演算処理部５１による処理結果を表示部６０へと出力する。したがって、表示部６０には体動や外来光の有無に関わらず体動の影響が除去された波形が表示される。
【００３９】
図２は、本発明の実施形態の他の例に係るパルスオキシメータ２の機能構成を示す図である。本例のパルスオキシメータ２の構成のうち、図１を参照して説明した上記のパルスオキシメータ１と同様の構成については、その説明を省略する。
【００４０】
図２に示すように、本例のパルスオキシメータ２が備える演算処理部５０は、第１演算処理部５１、第２演算処理部５２、およびスイッチ５３を有する。そして、本例では、Ａ／Ｄ変換器３４が第１演算処理部５１とデータバスで接続されているとともに、Ａ／Ｄ変換器３４は第２演算処理部５２ともスイッチ５３を介してデータバスで接続されている。また、スイッチ５３は、本例では、第１演算処理部５１から後述の駆動信号が与えられていない状態ではオフ（Ａ／Ｄ変換器３４と第２演算処理部５２との間のバスラインを遮断した状態）となっている。
【００４１】
そして、本例のパルスオキシメータ２では、第１演算処理部５１は、上記Ф１に対して高速フーリエ変換を行った結果などに基づいて、当該Ф１に体動ノイズなどの非定常的な周波数成分が含まれていると判定した場合にのみ、スイッチ５３をオンに切り替える。したがって、第２演算処理部５２は、第１演算処理部５１が入力信号に体動ノイズなどのノイズ成分が含まれていると判定した場合のみＡ／Ｄ変換器３４からデータを受け取って演算処理を行う。また、この場合、第２演算処理部５２は、上記のパルスオキシメータ１と同様に、演算処理の結果を第１演算処理部５１へと出力しても良いが、表示部６０へ直接に処理結果を出力しても良い。
【００４２】
このように、本例のパルスオキシメータ２は、第２演算処理部５２が必要な時のみ起動するため、全体の消費電力を削減することができる。なお、第２演算処理部５２に処理を行わせるためのトリガーはこれに限らず、体動の発生を判定できる態様であれば良い。例えば、第１演算処理部５１は、上記２波長の吸光度の比Фから動脈血の酸素飽和度や脈拍数などの算出処理を行っているときに、ノイズ成分による演算処理の負荷が一定のレベルを超えた場合に、スイッチ５３をオンに切り替えて第２演算処理部５２に吸光度の比Ф２の算出処理を担わせてもよい。いずれにせよ、第１演算処理部５１はΦ１とΦ２のいずれか最適な吸光度の比に基づき酸素飽和度や脈拍数などを算出するのが望ましい。
【００４３】
図３は、本発明の実施形態のさらに他の例に係るパルスオキシメータ３の機能構成を示す図である。本例のパルスオキシメータ３の構成のうち、図１を参照して説明した上記のパルスオキシメータ１と同様の構成については、その説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、本例のパルスオキシメータ３が備える演算処理部５０は、第１演算処理部５１、第２演算処理部５２、および外乱検出部５４を有する。そして、外乱検出部５４は、第１演算処理部５１と接続されている。この外乱検出部５４は、例えば、体動を検出するための加速度センサや、外来光の混入を検出するための光センサなど、パルスオキシメータ３を用いて動脈血の酸素飽和度や脈拍数などの生体信号の測定結果にノイズを発生させる外乱要因を検出するための各種構成を含んでよい。外乱検出部５４が体動や外来光などの外乱要因を検出した場合、第１演算処理部５１に所定の外乱ノイズが検出されたことを通知し、これを受けた第１演算処理部５１は所定条件を具備したものとし、第２演算処理部５２へ特定の演算処理を実行させる。
【００４５】
ところで、上記各例のパルスオキシメータ１，２，３が備える第２演算処理部５２に設ける論理回路の種類は上記の３種類に限られないが、特に第１演算処理部５１が不得手とする種類の処理に特化した論理回路を有することが好ましい。また、上記各例のパルスオキシメータ１，２，３では、第２演算処理部５２にＦＰＧＡを用いているが、これに替えて、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のようなセミカスタムＬＳＩを第２演算処理部５２に用いてもよい。また、上記各例のパルスオキシメータ１，２，３のいずれかに特有の構成は、他の例のパルスオキシメータが備えてもよい。
【００４６】
以上、本発明の生体信号測定装置の好適な実施形態の一例として、パルスオキシメータについて説明した。しかし、生体信号測定装置は、パルスオキシメータに限られず、例えば心電図を測定可能な心電計や脳波を測定可能な脳波計などに用いられても良い。この場合、第２演算処理部は、ＣＰＵに多大な負荷をかけ、消費電力を有する処理（例えば心電図の不整脈解析の処理や脳波解析の処理など）を行う態様であっても良い。
【００４７】
また、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記の実施形態に、多様な変更または改良を加え得ることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００４８】
１，２，３ パルスオキシメータ
１０ 発光部
１１、１２ 発光素子
１３ 駆動回路
２０ 受光部
２１ 受光素子
２２ 増幅器
３０ 抽出部
３１ マルチプレクサ
３２、３３ フィルタ
３４ Ａ／Ｄ変換器
５０ 演算処理部
５１ 第１演算処理部
５２ 第２演算処理部
５３ スイッチ
５４ 外乱検出部
６０ 表示部
５００ 生体組織
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ処理機能などの性能を維持しつつ、消費電力を減らすとともに、長時間の連続使用を可能とする生体信号測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体信号測定装置の一例として、動脈血の酸素飽和度を非観血的に測定するパルスオキシメータが広く利用されている（例えば特許文献１参照）。従来のパルスオキシメータによる酸素飽和度の測定では、まず、プローブを被験者の指先や耳朶に装着し、プローブから赤色光と赤外光の異なる２波長の光を被験者の装着部位に時分割に照射する。そして、照射光のうち、指先や耳朶の組織内を透過した透過光または組織内外で反射した反射光を各波長の光毎に検出し、その検出結果から得られる吸光度の脈動成分の比から酸素飽和度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３３９０８号公報
【特許文献２】特許４１９６２０９号
【特許文献３】特許４３５２３１５号
【特許文献４】国際公開ＷＯ９２／０１５９５５号公報
【特許文献５】特開平７−８８０９２号公報
【特許文献６】米国特許５８５３３６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のパルスオキシメータでは、上記各波長の光の検出結果から酸素飽和度を算出する際の演算処理は内蔵されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で全て行っている。そして、例えば生体が動くことで生じる様々な種類のノイズである体動ノイズの除去機能を備えたパルスオキシメータ（例えば特許文献２や特許文献３）では、ＣＰＵが酸素飽和度の算出だけでなく体動ノイズのフィルタリングも行うことから、ＣＰＵにかかる処理負荷も大きくなる。例えばＣＰＵが体動ノイズを取り除くために要する処理時間は、ＣＰＵが全ての演算処理に要する時間のおよそ３／４を占める場合がある。したがって、このような体動ノイズの除去機能を備えたパルスオキシメータでは、サイクルタイムを満たしつつノイズ除去を行うために高性能のＣＰＵを搭載する必要があった。また、ノイズ除去に伴う演算量の増加は消費電力の増大にも直結し、パルスオキシメータの消費電力に占めるＣＰＵの消費電力の割合はおよそ６割にもなる。したがって、電池から供給される電力で駆動する携帯型パルスオキシメータでは電池の寿命が短くなることが課題であった。
【０００５】
なお、その他に体動ノイズの除去方法として、広く様々な方法が知られている（例えば特許文献４〜特許文献６など参照）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決することのできる本発明の生体信号測定装置は、生体信号を測定する生体信号測定部と、測定された生体信号を演算処理する演算処理部とを備え、前記演算処理部は、前記生体信号の算出に必要な演算処理を行う独立して制御可能な第１演算処理部と、特定の演算処理を行う独立して制御可能な第２演算処理部と、を有し、前記第１演算処理部が所定条件を具備した場合に、前記第２演算処理部に特定の演算処理を実行させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記第２演算処理部は、前記特定の演算処理を前記第１演算処理部と比べてより少ない演算量で行うことが好ましい。
【０００８】
また、前記特定の演算処理とは、単純処理、定型処理、および並列処理の少なくともいずれかの演算処理であることがより好ましい。
【０００９】
また、前記特定の演算処理とは、測定された前記生体信号に含まれる体動ノイズや外来光ノイズの除去に特化した演算処理であることが好ましい。
【００１０】
また、前記所定条件とは、測定された生体信号の品質が低下した場合や体動が検出された場合および外来光が検出された場合の少なくともいずれかを含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記第２演算処理部は、演算処理の種類に応じて当該演算処理のための単位データ長が可変であり、かつ前記第１演算処理部の演算処理のための単位データ長よりも短いことがより好ましい。
【００１２】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記第１演算処理部は、予め定められた条件に基づいて前記第２演算処理部に演算処理を行わせるべきか否かを判定し、前記第２演算処理部に演算処理を行わせるべきと判定した場合にのみデータを前記第２演算処理部に入力することがより好ましい。
【００１３】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記第１演算処理部は、ノイズ成分による前記演算処理の負荷が予め定められたレベルを超えた場合に、前記データを前記第２演算処理部に入力することがより好ましい。
【００１４】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記演算処理部は、更に、前記生体信号の測定結果にノイズを発生させる外乱要因を検出可能な外乱検出部を備え、前記外乱検出部が前記外乱要因を検出した場合、前記第１演算処理部は、前記第２演算処理部に前記特定の演算処理を実行させることがより好ましい。
【００１５】
ここで、前記外乱検出部は、体動を検出するための加速度センサ、および、外来光を検出するための光センサ、の少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００１６】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記演算処理部は、更に、前記第１演算処理部により得られる第１の演算結果と前記第２演算処理部により得られる第２の演算結果とのいずれかが最適かを判定する判定部を備え、前記判定部により最適とされた演算結果を出力することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の生体信号測定装置において、前記生体信号測定部は、赤色光および赤外光の異なる２波長の光をそれぞれ異なるタイミングで動脈血流を含む生体組織に照射する発光部と、前記発光部から照射されて前記生体組織を透過又は反射した前記光を受光し、それぞれの波長毎の前記光の受光強度に応じた電気信号に変換する受光部と、を備え、前記第１演算処理部は、前記電気信号に基づいて生成されたデータから前記２波長の光について動脈血流による吸光度における脈動成分の比を算出するとともに、当該脈動成分の比に基づいて動脈血の酸素飽和度を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の生体信号測定装置によれば、第１演算処理部が所定条件を具備した場合に、第１演算処理部が演算処理を第２演算処理部に実行させることで、第１演算処理部だけで処理する場合と比べて、第１演算処理部の演算量を減らすことができるので、例えばより低いクロック周波数のＣＰＵを第１演算処理部に用いることにより消費電力も削減できる。ゆえに、電池駆動のパルスオキシメータにおいて電池の寿命を延ばすことができる。さらに、第１演算処理部として高性能な部品（例えばＣＰＵ）を採用せず、汎用部品に置き換えても、生体信号測定装置の性能を維持できる為、部品の選択に自由度のある開発を実現する。
【００１９】
本発明の生体信号測定装置によれば、第１演算処理部と第２演算処理部は独立して制御可能であり、負荷のかかる演算処理（体動ノイズの除去処理や外来光ノイズの除去処理）を分散できるため、必要に応じて電源のオンオフ制御を可能とし、消費電力を削減できる。
【００２０】
本発明の生体信号測定装置によれば、第１演算処理部が予め定められた条件に基づき判定を行い、又はノイズ成分による演算処理の負荷が予め定められたレベルを超えた場合に第２演算処理部に入力をするため、第２演算処理部は必要な時のみ起動するため、消費電力を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るパルスオキシメータ１の機能構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の他の例に係るパルスオキシメータ２の機能構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態のさらに他の例に係るパルスオキシメータ３の機能構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の特徴を限定するものではない。また、以下の実施形態の中で説明されている構成の全てが本発明を実施する上で必須であるとは限らない。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るパルスオキシメータ１の機能構成を示す図である。図１に示すように、パルスオキシメータ１は、被測定者の動脈血中の酸素飽和度を測定する装置であり、発光部１０と、受光部２０と、抽出部３０と、演算処理部５０と、表示部６０とを備える。なお、このパルスオキシメータ１は、本発明の生体信号測定装置の一例であり、発光部１０と受光部２０とにより生体信号測定部が構成される。
【００２４】
発光部１０は、発光素子１１、発光素子１２、および駆動回路１３を有する。発光素子１１および発光素子１２は、２つの異なる長の光を交互に発光するように駆動回路１３によって駆動される。本例において、発光素子１１は、波長がおよそ９４０ｎｍの赤外光（ＩＲ）を発光する発光ダイオードであり、また、発光素子１２は、波長がおよそ６６０ｎｍの赤色光（Ｒ）を発光する発光ダイオードである。
【００２５】
受光部２０は、受光素子２１および増幅器２２を有する。受光素子２１は、発光部１０から被測定者の生体組織５００に向けて上記の異なる２波長の光が交互に照射されると、当該生体組織５００を透過又は反射したそれぞれの波長の光を受光し、それぞれの光の受光強度に応じた電気信号に変換する。増幅器２２は、受光素子２１からの電気信号を所定に増幅する。本例において、受光素子２１は、フォトダイオードである。また、生体組織５００は、例えば被測定者の指先や耳朶である。
【００２６】
抽出部３０は、マルチプレクサ３１、フィルタ３２、フィルタ３３、およびＡ／Ｄ変換器３４を有する。マルチプレクサ３１は、増幅器２２において増幅された上記電気信号をそれぞれの光波長（Ｒ又はＩＲ）に対応した電気信号に分離する。フィルタ３２およびフィルタ３３のそれぞれには、マルチプレクサ３１において分離されたＲおよびＩＲのそれぞれに対応した電気信号のいずれか一方が入力される。フィルタ３２およびフィルタ３３は、入力される電気信号から被測定者の呼吸による変動成分などをフィルタリングし、当該変動成分以外の成分を通過させる。Ａ／Ｄ変換器３４は、フィルタ３２およびフィルタ３３のそれぞれにおいてフィルタリングされた電気信号をデジタル化する。
【００２７】
なお、被測定者の呼吸周期が未知の場合は、フィルタ３２およびフィルタ３３の各フィルタの前段に、入力される電気信号を高速フーリエ変換することができる周波数解析部を設けることにより、ＲおよびＩＲのそれぞれに対応した電気信号の周波数解析を行い、被測定者の呼吸周期に対応する周波数成分を特定してもよい。また、この場合、フィルタ３２およびフィルタ３３は、それぞれの前段の周波数解析部により測定された呼吸周期の変動に追従して抽出する周波数成分を変更可能な可変バンドパスフィルタであることが好ましい。また、これに替えて、フィルタ３２およびフィルタ３３を配置せずに上記のフィルタリングを演算処理部５０で行ってもよい。
【００２８】
演算処理部５０は、第１演算処理部５１および第２演算処理部５２を有する。本例では、上記のＡ／Ｄ変換器３４と第１演算処理部５１、および、第１演算処理部５１と第２演算処理部５２とは、それぞれ例えば８ビットのデータバスで接続されている。なお、第１演算処理部５１と第２演算処理部５２とはそれぞれ独立して制御可能である物理的に異なる素子であるのが好ましい。
【００２９】
第１演算処理部５１は、本例ではＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）であり、デジタル化された上記２波長のそれぞれの光に対応する電気信号から動脈血の酸素飽和度を算出する。より具体的には、第１演算処理部５１は、赤色光（Ｒ）の波長の吸光度の脈動成分をΔＡＲ、赤外光（ＩＲ）の波長の吸光度の脈動成分をΔＡＩＲとすると、ランバート・ベールの法則に基づき、Ф１＝ΔＡＲ／ΔＡＩＲで与えられるこれら２波長の吸光度の比Ф１を算出する。そして、第１演算処理部５１は、算出した上記２波長の吸光度の比Ф１に基づいて、被測定者の動脈血の酸素飽和度や脈拍数などを算出し、その算出結果をタイミングデータに対応付けて表示部６０へと出力する。表示部６０は、第１演算処理部５１から入力される動脈血の酸素飽和度の現在の値およびその経時的な変化等を表示する。
【００３０】
ここで、第１演算処理部５１は、所定条件を具備した場合、後述する第２演算処理部５２に特定の演算処理を実行させ、その演算結果を用いて出力する。所定条件とは、具体的にはデジタル化された上記２波長のそれぞれの光に対応する電気信号の信号品質が低下した場合（例えばＳ／Ｎ比の低下）や、体動や蛍光灯などによる外来光に起因するノイズ成分が混入している場合などが挙げられるが、これらに限られない。
【００３１】
ところで、第１演算処理部５１は、酸素飽和度の算出に際して上記２波長の吸光度の比Ф１に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行っても良い。そして、定常時に検出される周波数成分（脈波成分）と大きく異なる周波数成分が検出された場合は、第１演算処理部５１は、上記２波長の吸光度の比Ф１に体動ノイズなどの非定常的な周波数成分が含まれているものと判定し、スイッチ５３をオフからオンに切り換える。また、第１演算処理部５１は、第２演算処理部５２に対して、上記脈波成分に関する情報を出力する。
【００３２】
第２演算処理部５２は、本例ではＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）であり、体動ノイズや外来光ノイズの除去に関する処理（より具体的には、体動ノイズや外来光ノイズの除去に用いる単純処理、定型処理、および並列処理などの特定の処理）に特化した論理回路を有する。この第２演算処理部５２は、本例では、第１演算処理部５１が所定条件を具備した場合、デジタル化された上記２波長のそれぞれの光に対応する電気信号が第１演算処理部５１経由で入力され、特定の演算処理が実行される。
【００３３】
そして、第２演算処理部５２は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、信号／ノイズ波形分離（積和演算）、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、およびフィルタ処理（積和演算）の各処理（本実施形態においては特に体動ノイズの除去に関する処理）を含む動脈血の酸素飽和度の算出処理を所定のサイクルタイムで順次に行うことにより、入力される上記２波長の電気信号から体動ノイズなどの非定常的な周波数成分を除去した吸光度Ф２を算出し、その算出結果をタイミングデータに対応付けて第１演算処理部５１へ出力する。
【００３４】
ここで、第２演算処理部５２は、演算処理の単位データ長が可変であり、上記の各論理回路ではそれぞれ単位データ長が異なっても良い。特に、本例では、第２演算処理部５２で処理するデータ長は、第１演算処理部５１で処理するデータ長よりも短い。より具体的には、第１演算処理部５１では、全ての種類の演算処理はいずれも同一の単位データ長で行われることから、例えば３２ビットの単位データ長を確保しておく必要がある。したがって、第１演算処理部５１では、処理の種類によっては、単位データ長のかなりの部分が処理結果に影響を及ぼさない冗長データであるにも関わらず演算処理が行われる。
【００３５】
これに対し、第２演算処理部５２では、上記３種類の論理回路毎に、対応する演算処理を行うために必要な最低限のデータ長（８〜２６ビット）が単位データ長として適宜設定可能とする。また、第２演算処理部５２の一部を任意のサイズのメモリとして設定可能とするのがなお良い。したがって、第２演算処理部５２は、第１演算処理部５１と比べてより少ない演算量で上記の各演算処理を行うことができる。また、第２演算処理部５２が体動ノイズの除去に関する上記の各演算処理を行うことで、第１演算処理部５１が当該処理を行う場合と比べて、全体の演算量が少なくなるので、処理結果を得るまでの時間が短くなる。したがって、第１演算処理部５１だけで体動ノイズの除去に関する処理まで行う場合と比べて、より低いクロック周波数やより低容量のＲＡＭを備えたＣＰＵを第１演算処理部５１に用いることができるので、第１演算処理部５１に適用可能な部品について選択の幅が広がる。また、全体の演算量を減らしたことにより消費電力も削減できることから、とりわけパルスオキシメータ１が電池駆動である場合には、パルスオキシメータ１の駆動時間を延ばすことができる。また、第２演算処理部５２に設けるべき回路の種類が特定されている場合は、第２演算処理部５２に用いられるＦＰＧＡの回路利用率を高めることで実装面積をより小さくすることができる。
【００３６】
なお、出願人による実験では、ＣＰＵのみを備えたパルスオキシメータ（パルスオキシメータＡ）とＣＰＵおよびＦＰＧＡの両方を備えたパルスオキシメータ（パルスオキシメータＢ）のそれぞれを用いて同一のサイクルタイムで体動ノイズや外来光ノイズの処理を含めた酸素飽和度の測定を行ったところ、パルスオキシメータＢはパルスオキシメータＡのＣＰＵと比べて動作速度が１／４のＣＰＵを用いてもパルスオキシメータＡと処理速度に差がなく、また、演算処理部の消費電力はパルスオキシメータＢがパルスオキシメータＡのおよそ半分であった。
【００３７】
また、本例では、第１演算処理部５１は、第２演算処理部５２による演算処理の結果を受け取り、自身による演算処理の結果とのいずれかが出力波形として最適かを予め定めされた条件に基づいて判定する判定部としての機能も備える構成でも良い。より具体的には、本例では、第１演算処理部５１は、上記２波長の吸光度の比Ф１に対して高速フーリエ変換を行った結果などに基づいて、当該Ф１に体動ノイズなどの非定常的な周波数成分が含まれていないと判定した場合には、自身による演算処理の結果を表示部６０へと出力し、上記Ф１に体動ノイズが含まれていると判定した場合には、第２演算処理部５２による演算処理の結果を表示部６０へと出力する。
【００３８】
このように、第１演算処理部５１は、Ф１に体動ノイズなどのノイズ成分が含まれているか否かに応じて、当該ノイズ成分の除去が行われている第２演算処理部５２による処理結果、あるいはノイズ成分の除去などが行われずにより入力信号に近い処理結果である第１演算処理部５１による処理結果を表示部６０へと出力する。したがって、表示部６０には体動や外来光の有無に関わらず体動の影響が除去された波形が表示される。
【００３９】
図２は、本発明の実施形態の他の例に係るパルスオキシメータ２の機能構成を示す図である。本例のパルスオキシメータ２の構成のうち、図１を参照して説明した上記のパルスオキシメータ１と同様の構成については、その説明を省略する。
【００４０】
図２に示すように、本例のパルスオキシメータ２が備える演算処理部５０は、第１演算処理部５１、第２演算処理部５２、およびスイッチ５３を有する。そして、本例では、Ａ／Ｄ変換器３４が第１演算処理部５１とデータバスで接続されているとともに、Ａ／Ｄ変換器３４は第２演算処理部５２ともスイッチ５３を介してデータバスで接続されている。また、スイッチ５３は、本例では、第１演算処理部５１から後述の駆動信号が与えられていない状態ではオフ（Ａ／Ｄ変換器３４と第２演算処理部５２との間のバスラインを遮断した状態）となっている。
【００４１】
そして、本例のパルスオキシメータ２では、第１演算処理部５１は、上記Ф１に対して高速フーリエ変換を行った結果などに基づいて、当該Ф１に体動ノイズなどの非定常的な周波数成分が含まれていると判定した場合にのみ、スイッチ５３をオンに切り替える。したがって、第２演算処理部５２は、第１演算処理部５１が入力信号に体動ノイズなどのノイズ成分が含まれていると判定した場合のみＡ／Ｄ変換器３４からデータを受け取って演算処理を行う。また、この場合、第２演算処理部５２は、上記のパルスオキシメータ１と同様に、演算処理の結果を第１演算処理部５１へと出力しても良いが、表示部６０へ直接に処理結果を出力しても良い。
【００４２】
このように、本例のパルスオキシメータ２は、第２演算処理部５２が必要な時のみ起動するため、全体の消費電力を削減することができる。なお、第２演算処理部５２に処理を行わせるためのトリガーはこれに限らず、体動の発生を判定できる態様であれば良い。例えば、第１演算処理部５１は、上記２波長の吸光度の比Фから動脈血の酸素飽和度や脈拍数などの算出処理を行っているときに、ノイズ成分による演算処理の負荷が一定のレベルを超えた場合に、スイッチ５３をオンに切り替えて第２演算処理部５２に吸光度の比Ф２の算出処理を担わせてもよい。いずれにせよ、第１演算処理部５１はΦ１とΦ２のいずれか最適な吸光度の比に基づき酸素飽和度や脈拍数などを算出するのが望ましい。
【００４３】
図３は、本発明の実施形態のさらに他の例に係るパルスオキシメータ３の機能構成を示す図である。本例のパルスオキシメータ３の構成のうち、図１を参照して説明した上記のパルスオキシメータ１と同様の構成については、その説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、本例のパルスオキシメータ３が備える演算処理部５０は、第１演算処理部５１、第２演算処理部５２、および外乱検出部５４を有する。そして、外乱検出部５４は、第１演算処理部５１と接続されている。この外乱検出部５４は、例えば、体動を検出するための加速度センサや、外来光の混入を検出するための光センサなど、パルスオキシメータ３を用いて動脈血の酸素飽和度や脈拍数などの生体信号の測定結果にノイズを発生させる外乱要因を検出するための各種構成を含んでよい。外乱検出部５４が体動や外来光などの外乱要因を検出した場合、第１演算処理部５１に所定の外乱ノイズが検出されたことを通知し、これを受けた第１演算処理部５１は所定条件を具備したものとし、第２演算処理部５２へ特定の演算処理を実行させる。
【００４５】
ところで、上記各例のパルスオキシメータ１，２，３が備える第２演算処理部５２に設ける論理回路の種類は上記の３種類に限られないが、特に第１演算処理部５１が不得手とする種類の処理に特化した論理回路を有することが好ましい。また、上記各例のパルスオキシメータ１，２，３では、第２演算処理部５２にＦＰＧＡを用いているが、これに替えて、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のようなセミカスタムＬＳＩを第２演算処理部５２に用いてもよい。また、上記各例のパルスオキシメータ１，２，３のいずれかに特有の構成は、他の例のパルスオキシメータが備えてもよい。
【００４６】
以上、本発明の生体信号測定装置の好適な実施形態の一例として、パルスオキシメータについて説明した。しかし、生体信号測定装置は、パルスオキシメータに限られず、例えば心電図を測定可能な心電計や脳波を測定可能な脳波計などに用いられても良い。この場合、第２演算処理部は、ＣＰＵに多大な負荷をかけ、消費電力を有する処理（例えば心電図の不整脈解析の処理や脳波解析の処理など）を行う態様であっても良い。
【００４７】
また、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記の実施形態に、多様な変更または改良を加え得ることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００４８】
１，２，３ パルスオキシメータ
１０ 発光部
１１、１２ 発光素子
１３ 駆動回路
２０ 受光部
２１ 受光素子
２２ 増幅器
３０ 抽出部
３１ マルチプレクサ
３２、３３ フィルタ
３４ Ａ／Ｄ変換器
５０ 演算処理部
５１ 第１演算処理部
５２ 第２演算処理部
５３ スイッチ
５４ 外乱検出部
６０ 表示部
５００ 生体組織
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体信号を測定する生体信号測定部と、
測定された生体信号を演算処理する演算処理部と、を備え、
前記演算処理部は、前記生体信号の算出に必要な演算処理を行う独立して制御可能な第１演算処理部と、
特定の演算処理を行う独立して制御可能な第２演算処理部と、を有し、
前記第１演算処理部が所定条件を具備した場合に、前記第２演算処理部に特定の演算処理を実行させる
ことを特徴とする生体信号測定装置。
【請求項２】
前記第２演算処理部は、前記特定の演算処理を前記第１演算処理部と比べてより少ない演算量で行う
ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定装置。
【請求項３】
前記特定の演算処理とは、単純処理、定型処理、および並列処理の少なくともいずれかの演算処理である
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の生体信号測定装置。
【請求項４】
前記特定の演算処理とは、測定された前記生体信号に含まれる体動ノイズや外来光ノイズの除去に特化した演算処理である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項５】
前記所定条件とは、測定された生体信号の品質が低下した場合や体動が検出された場合および外来光が検出された場合の少なくともいずれかを含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項６】
前記第２演算処理部は、演算処理の種類に応じて当該演算処理のための単位データ長が可変であり、かつ前記第１演算処理部の演算処理のための単位データ長よりも短い
ことを特徴とする請求項１から５いずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項７】
前記第１演算処理部は、予め定められた条件に基づいて前記第２演算処理部に演算処理を行わせるべきか否かを判定し、前記第２演算処理部に演算処理を行わせるべきと判定した場合にのみデータを前記第２演算処理部に入力する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項８】
前記第１演算処理部は、ノイズ成分による前記演算処理の負荷が予め定められたレベルを超えた場合に、前記データを前記第２演算処理部に入力する
ことを特徴とする請求項７に記載の生体信号測定装置。
【請求項９】
前記演算処理部は、更に、
前記生体信号の測定結果にノイズを発生させる外乱要因を検出可能な外乱検出部を備え、
前記外乱検出部が前記外乱要因を検出した場合、前記第１演算処理部は、前記第２演算処理部に前記特定の演算処理を実行させる
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１０】
前記外乱検出部は、体動を検出するための加速度センサ、および、外来光を検出するための光センサ、の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の生体信号測定装置。
【請求項１１】
前記演算処理部は、更に、
前記第１演算処理部により得られる第１の演算結果と前記第２演算処理部により得られる第２の演算結果とのいずれかが最適かを判定する判定部を備え、
前記判定部により最適とされた演算結果を出力する
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１２】
前記生体信号測定部は、
赤色光および赤外光の異なる２波長の光をそれぞれ異なるタイミングで動脈血流を含む生体組織に照射する発光部と、
前記発光部から照射されて前記生体組織を透過又は反射した前記光を受光し、それぞれの波長毎の前記光の受光強度に応じた電気信号に変換する受光部と、を備え、
前記第１演算処理部は、前記電気信号に基づいて生成されたデータから前記２波長の光について動脈血流による吸光度における脈動成分の比を算出するとともに、当該脈動成分の比に基づいて動脈血の酸素飽和度を算出する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１】
生体信号を測定する生体信号測定部と、
測定された生体信号を演算処理する演算処理部と、を備え、
前記演算処理部は、前記生体信号の算出に必要な演算処理を行う独立して制御可能な第１演算処理部と、
特定の演算処理を行う独立して制御可能な第２演算処理部と、を有し、
前記第１演算処理部が所定条件を具備した場合に、前記第２演算処理部に特定の演算処理を実行させる
ことを特徴とする生体信号測定装置。
【請求項２】
前記第２演算処理部は、前記特定の演算処理を前記第１演算処理部と比べてより少ない演算量で行う
ことを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定装置。
【請求項３】
前記特定の演算処理とは、単純処理、定型処理、および並列処理の少なくともいずれかの演算処理である
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の生体信号測定装置。
【請求項４】
前記特定の演算処理とは、測定された前記生体信号に含まれる体動ノイズや外来光ノイズの除去に特化した演算処理である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項５】
前記所定条件とは、測定された生体信号の品質が低下した場合や体動が検出された場合および外来光が検出された場合の少なくともいずれかを含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項６】
前記第２演算処理部は、演算処理の種類に応じて当該演算処理のための単位データ長が可変であり、かつ前記第１演算処理部の演算処理のための単位データ長よりも短い
ことを特徴とする請求項１から５いずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項７】
前記第１演算処理部は、予め定められた条件に基づいて前記第２演算処理部に演算処理を行わせるべきか否かを判定し、前記第２演算処理部に演算処理を行わせるべきと判定した場合にのみデータを前記第２演算処理部に入力する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項８】
前記第１演算処理部は、ノイズ成分による前記演算処理の負荷が予め定められたレベルを超えた場合に、前記データを前記第２演算処理部に入力する
ことを特徴とする請求項７に記載の生体信号測定装置。
【請求項９】
前記演算処理部は、更に、
前記生体信号の測定結果にノイズを発生させる外乱要因を検出可能な外乱検出部を備え、
前記外乱検出部が前記外乱要因を検出した場合、前記第１演算処理部は、前記第２演算処理部に前記特定の演算処理を実行させる
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１０】
前記外乱検出部は、体動を検出するための加速度センサ、および、外来光を検出するための光センサ、の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の生体信号測定装置。
【請求項１１】
前記演算処理部は、更に、
前記第１演算処理部により得られる第１の演算結果と前記第２演算処理部により得られる第２の演算結果とのいずれかが最適かを判定する判定部を備え、
前記判定部により最適とされた演算結果を出力する
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【請求項１２】
前記生体信号測定部は、
赤色光および赤外光の異なる２波長の光をそれぞれ異なるタイミングで動脈血流を含む生体組織に照射する発光部と、
前記発光部から照射されて前記生体組織を透過又は反射した前記光を受光し、それぞれの波長毎の前記光の受光強度に応じた電気信号に変換する受光部と、を備え、
前記第１演算処理部は、前記電気信号に基づいて生成されたデータから前記２波長の光について動脈血流による吸光度における脈動成分の比を算出するとともに、当該脈動成分の比に基づいて動脈血の酸素飽和度を算出する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の生体信号測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−５９４３９（Ｐ２０１３−５９４３９Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９２６９（Ｐ２０１１−１９９２６９）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００２３０９６２）日本光電工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００２３０９６２）日本光電工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]