生体情報取得装置および生体情報取得方法
【課題】１つの光源に基づいて酸素飽和度を算出する。
【解決手段】照射部１２０によって照射された光を生体に透過させた画像が、撮像部１３０によって時系列に撮像され、撮像画像保持部１４１に保持される。Ｒ平均値算出部１４２において各時刻ｔの画像の赤色成分の画素の平均値Ｒ（ｔ）が算出され、Ｂ平均値算出部１４３において各時刻ｔの画像の青色成分の画素の平均値Ｂ（ｔ）が算出される。Ｒ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５において、平均値Ｒ（ｔ）およびＢ（ｔ）のそれぞれについて、時系列における極大値（Ｒｃ、Ｂｃ）および極小値（Ｒｅ、Ｂｅ）が選択される。これら極大値および極小値に基づいて、酸素飽和度算出部１４７において酸素飽和度Ｓが算出される。
【解決手段】照射部１２０によって照射された光を生体に透過させた画像が、撮像部１３０によって時系列に撮像され、撮像画像保持部１４１に保持される。Ｒ平均値算出部１４２において各時刻ｔの画像の赤色成分の画素の平均値Ｒ（ｔ）が算出され、Ｂ平均値算出部１４３において各時刻ｔの画像の青色成分の画素の平均値Ｂ（ｔ）が算出される。Ｒ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５において、平均値Ｒ（ｔ）およびＢ（ｔ）のそれぞれについて、時系列における極大値（Ｒｃ、Ｂｃ）および極小値（Ｒｅ、Ｂｅ）が選択される。これら極大値および極小値に基づいて、酸素飽和度算出部１４７において酸素飽和度Ｓが算出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報取得装置に関し、特に酸素飽和度を取得する生体情報取得装置、および、その処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素飽和度（Oxygen Saturation）は、血液中のヘモグロビン（Ｈｂ：hemoglobin）のうち酸化しているヘモグロビンの割合を示すものである。ヘモグロビンは血液の中で酸素を運搬する役割を果たすものであり、酸素飽和度は生体の健康状態、特に呼吸状態の指標として用いられる。この酸素飽和度を計測する医療器具として、パルスオキシメータ（Pulse Oximeter）が知られている。パルスオキシメータとは、波長の異なる２種類の光を身体表面（指先など）から照射して、その際の吸光度によって、血液中の酸化ヘモグロビンの割合を非侵襲的に測定するものである。
【０００３】
例えば、赤色光（波長６６０ｎｍ）および赤外光（波長９４０ｎｍ）をそれぞれ照射する発光ダイオードを用いて、両者の発光を切り替えることによりそれぞれの吸光度を求めて、酸素飽和度を算出するパルスオキシメータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−９８８８１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、生体に照射した光の吸光度を求めることにより、酸素飽和度を非侵襲的に測定している。しかしながら、上述の従来技術では、波長の異なる２種類の光源を用いることを想定しており、これらの光源を交互に発光させる発光装置が必要であった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、１つの光源に基づいて酸素飽和度を算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、光を発光する発光手段と、少なくとも２色の色成分に対して感度を有して上記発光された光を生体に透過または反射させた画像を時系列に撮像する撮像手段と、上記撮像された画像の所定領域における上記色成分の各々について上記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手段と、上記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段とを具備することを特徴とする生体情報取得装置である。これにより、少なくとも２色の色成分の各々について極値を生成して、これに基づいて酸素飽和度を算出させるという作用をもたらす。
【０００７】
また、この第１の側面において、上記発光手段は、白色の光を発光するようにしてもよい。また、上記色成分は、赤色および青色を含んでもよい。本発明の実施の形態では、これらの組合せについて説明するが、これ以外の色を用いることも可能である。
【０００８】
また、この第１の側面において、上記極値生成手段は、上記撮像された画像全体における上記色成分の各々の平均値の上記時系列における極大値および極小値を生成してもよく、また、上記撮像された画像の中央領域における上記色成分の各々の平均値の上記時系列における極大値および極小値を生成してもよい。画像周辺部に指の投影像が存在しない場合には後者の方が効率良く極大値および極小値を生成することができる。
【０００９】
また、本発明の第２の側面は、白色の光を発光する発光手段と、少なくとも赤色および青色の色成分に対して感度を有して上記発光された光を生体に透過または反射させた画像を時系列に撮像する撮像手段と、上記撮像された画像の所定領域における上記色成分の各々について上記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手段と、上記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて以下の方程式を解くことにより酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段とを具備することを特徴とする生体情報取得装置である。この方程式は、｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛Ｂｃ−Ｂｅ｝＝［（Ｒｅ−Ｂｅ）×｛Ｓ×Ｅｏ（λ１）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ１）｝］／［Ｂｅ×｛Ｓ×Ｅｏ（λ２）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ２）｝］である。ただし、Ｒｃは赤色の極大値、Ｂｃは青色の極大値、Ｒｅは赤色の極小値、Ｂｅは青色の極小値、Ｓは酸素飽和度、Ｅｏ（λ）は波長λにおける既知の酸化ヘモグロビン吸光係数、Ｅｒ（λ）は波長λにおける既知の脱酸化ヘモグロビン吸光係数、λ１およびλ２は波長λの具体値である。これにより、赤色および青色の色成分の各々について極値を生成して、これに基づいて酸素飽和度を算出させるという作用をもたらす。
【００１０】
また、本発明の第３の側面は、白色の光を発光する発光手段と、少なくとも赤色および青色の色成分に対して感度を有して上記発光された光を生体に透過または反射させた画像を撮像する撮像手段とを備える生体情報取得装置における生体情報取得方法であって、上記撮像された画像の所定領域における上記色成分の各々について上記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手順と、上記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて上述の方程式を解くことにより酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手順とを具備することを特徴とする生体情報取得方法である。これにより、赤色および青色の色成分の各々について極値を生成して、これに基づいて酸素飽和度を算出させるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１つの光源に基づいて酸素飽和度を算出することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における生体情報取得装置の側面図の一例を示す図である。この生体情報取得装置では、基台１１０の上に照射部１２０および撮像部１３０が設けられている。
【００１４】
照射部１２０は、支持部１２１と、発光部１２２と、挿入口１２３とを備えている。支持部１２１は、一端において基台１１０に接続し、照射部１２０全体を支持するものである。発光部１２２は、生体に照射するための光を発光するものである。本発明の実施の形態では、光の色は白色であることが望ましい。したがって、例えば、白熱電球、ハロゲンランプ、または、白色発光ダイオードなどをその光源として用いることができる。挿入口１２３は、生体の一部として、例えば指９９を挿入させるための誘導口である。
【００１５】
なお、上述の発光部１２２において、白熱電球などの個数や定格電力は適宜選択してよい。また、生体情報取得装置全体を太陽に向けて指９９をかざすように配置することにより、白熱電球などに代えて太陽光線を光源として用いるようにしてもよい。
【００１６】
一方、撮像部１３０は、支持部１３１と、カメラ本体１３２とを備えている。支持部１３１は、一端において基台１１０に接続し、カメラ本体１３２を支持するものである。カメラ本体１３２は、被写体を撮像するためのものであり、汎用のデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラであってもよく、また、専用のカメラであってもよい。このカメラ本体１３２は、複数の画像を連続して撮像するための連写モードを備えていることが望ましい。
【００１７】
カメラ本体１３２の先端にはレンズ部１３３が設けられており、レンズ部１３３の視線軸が発光部１２２と直交するように、支持部１３１によって固定保持されている。カメラ本体１３２は、レンズ部１３３によって集光された光を撮像素子によって光電変換する。この撮像素子は、少なくとも２色の色成分に対して感度を有する１次元ラインセンサまたは２次元イメージセンサであり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサによって実現することができる。なお、これら撮像素子としてはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色に対して感度を有するものが多く利用されており、その場合、一般に何れの素子も８００ｎｍから１０００ｎｍ付近に感度を有しており、すなわち近赤外成分も受光できるようになっている。
【００１８】
カメラ本体１３２で撮影された画像は順次、画像処理部１４０に転送されるようになっている。この画像処理部１４０は、専用のハードウェアにより構成してもよく、また、一般的なパーソナルコンピュータにより実現してもよい。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態における画像処理部１４０の機能構成例を示す図である。この画像処理部１４０には、照射部１２０によって照射された光を生体に透過させた画像が、撮像部１３０によって供給される。この画像処理部１４０は、撮像画像保持部１４１と、Ｒ平均値算出部１４２と、Ｂ平均値算出部１４３と、Ｒ極値選択部１４４と、Ｂ極値選択部１４５と、パラメータ保持部１４６と、酸素飽和度算出部１４７と、表示部１４８とを備えている。
【００２０】
撮像画像保持部１４１は、撮像部１３０から供給された画像を保持するものである。この画像は時系列に撮像されたものであり、ここでは１秒当たり２０枚の撮像間隔で、５秒間に相当する１００枚の画像を想定する。この撮像間隔は、脈拍（脈波）の周期よりも十分に短ければよい。通常、脈拍の周期は０．５秒から１秒程度であるため、撮影間隔は例えば０．１秒間隔未満（つまり、１秒間あたり１０枚以上）であれば十分である。また、全体としての撮影時間は、原理的には脈拍（脈波）の周期と同等の時間でよいが、安定した測定のためには数秒間程度確保することが望ましい。
【００２１】
Ｒ平均値算出部１４２は、撮像画像保持部１４１に保持された１００枚の画像の各々について赤色成分（Red）の画素の平均値をそれぞれ算出するものである。時刻をｔ（ｔは整数。但し、１≦ｔ≦１００）とすると、赤色成分の画素の平均値は時系列にＲ（ｔ）として表される。なお、この場合の平均値は画像全体の平均値としてもよいが、画像周辺部に指の投影像が存在しない場合には画像の中央領域（例えば、画像中心点の近傍の１００画素四方）の平均値を算出するようにしてもよい。さらに、平均値の算出を省いて、中心点などの代表点の値を用いるようにしてもよい。
【００２２】
Ｂ平均値算出部１４３は、撮像画像保持部１４１に保持された１００枚の画像の各々について青色成分（Brue）の画素の平均値をそれぞれ算出するものである。赤色成分と同様に、時刻ｔの青色成分の画素の平均値は時系列にＢ（ｔ）として表される。なお、平均値の算出の要領についても赤色成分の場合と同様である。
【００２３】
Ｒ極値選択部１４４は、赤色成分の画素の平均値Ｒ（ｔ）の中から、時系列における極大値および極小値を選択するものである。ここでは、平均値Ｒ（ｔ）の極大値をＲｃとし、極小値をＲｅとする。なお、極大値および極小値を総称して「極値」という。
【００２４】
Ｂ極値選択部１４５は、青色成分の画素の平均値Ｂ（ｔ）の中から、時系列における極大値および極小値を選択するものである。ここでは、平均値Ｂ（ｔ）の極大値をＢｃとし、極小値をＢｅとする。
【００２５】
パラメータ保持部１４６は、酸素飽和度の算出に必要な既知のパラメータを保持するものである。このパラメータの具体的な内容については後述する。
【００２６】
酸素飽和度算出部１４７は、Ｒ極値選択部１４４によって選択される極値ＲｃおよびＲｅと、Ｂ極値選択部１４５によって選択される極値ＢｃおよびＢｅと、パラメータ保持部１４６において保持されるパラメータとに基づいて酸素飽和度を算出するものである。この酸素飽和度算出部１４７における酸素飽和度の算出法については後述する。
【００２７】
表示部１４８は、酸素飽和度算出部１４７によって算出された酸素飽和度を表示するものである。この表示部１４８は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルなどにより実現される。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態における酸素飽和度算出までのデータの流れを示す図である。撮像部１３０において時系列に撮像された画像は、撮像画像保持部１４１に保持されていく。撮像素子の各画素は例えばベイヤー配列により規則的に配置されており、撮像画像から各色成分を抽出することができる。この例では、赤色成分および青色成分をそれぞれ抽出している。
【００２９】
このようにして抽出された各色成分について、Ｒ平均値算出部１４２およびＢ平均値算出部１４３によって、時系列に撮像された画像毎の平均値Ｒ（ｔ）およびＢ（ｔ）が算出される。そして、これら平均値Ｒ（ｔ）およびＢ（ｔ）について、Ｒ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５によって、時系列における極値（Ｒｃ、Ｒｅ、Ｂｃ、Ｂｅ）が選択される。
【００３０】
このようにして選択された極値は、以下のように酸素飽和度の算出のために用いられる。ここで、入射光をＩ（λ）、動脈の収縮時の透過光をＩｃ（λ）、動脈の膨張時の透過光をＩｅ（λ）、酸化ヘモグロビン吸光係数をＥｏ（λ）、脱酸化ヘモグロビン吸光係数をＥｒ（λ）とする。これら変数は波長λに依存する。入射光Ｉ（λ）は、白熱電球の場合、各波長λに対する割合は黒体輻射のプランクの式から導くことができ、既知である。また、入射光Ｉ（λ）は、太陽光の場合、各波長λに対する割合は公知の実験値を利用することができる。なお、Ｅｏ（λ）およびＥｒ（λ）は、公知の実験値を利用することができる。
【００３１】
さらに、ヘモグロビン濃度をＨ、収縮時の動脈の厚みをＤ、膨張時の動脈の厚みを（Ｄ＋δ）、酸素飽和度をＳとすると、次の式１および式２が成立する（Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔモデル）。
Ｌｏｇ（Ｉ（λ）／Ｉｃ(λ)）
＝｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝×Ｈ×Ｄ （式１）
Ｌｏｇ（Ｉ（λ）／Ｉｅ(λ)）
＝｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝×Ｈ×（Ｄ＋δ） （式２）
【００３２】
また、Ｒの画素が受光する分光感度（Ｒの分光特性）をＴｒ（λ）、Ｂの画素が受光する分光感度（Ｂの分光特性）をＴｂ（λ）とすると、上述の極値（Ｒｃ、Ｒｅ、Ｂｃ、Ｂｅ）は、次の式３乃至６により表される。但し、「∫〜ｄλ」は波長方向の積分を表し、その積分の範囲はカメラの受光できる波長であり、例えば３５０ｎｍから１０００ｎｍである。
Ｒｃ＝∫Ｔｒ（λ）×Ｉｃ（λ）ｄλ （式３）
Ｒｅ＝∫Ｔｒ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ （式４）
Ｂｃ＝∫Ｔｂ（λ）×Ｉｃ（λ）ｄλ （式５）
Ｂｅ＝∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ （式６）
【００３３】
式１乃至６を方程式として解くことにより、酸素飽和度Ｓを求めることができる。その際、以下に示すように近似することができる。式１乃至６を式変形すると、次の式７が得られる。この場合の積分の範囲もカメラの受光できる波長であり、例えば３５０ｎｍから１０００ｎｍである。
｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛ Ｂｃ−Ｂｅ｝
＝∫｛Ｔｒ（λ）−Ｔｂ（λ）｝×Ｉｅ（λ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝ｄλ
／∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝ｄλ （式７）
【００３４】
なお、この式変形において、δは微小な値であるため、次の式８による近似を行っている。
ｅｘｐ｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝×Ｈ×δ
＝１＋｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝×Ｈ×δ （式８）
【００３５】
Ｉｅ（λ）は、カメラに入射される光のうちの波長λの成分であるが、この値は吸光係数Ｅｏ（λ）やＥｒ（λ）に対して指数関数的に減少することと、吸光係数Ｅｏ（λ）やＥｒ（λ）が６００ｎｍ以下で大きな値となることより、式７の右辺の２つの積分の範囲は、いずれも、６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲に限定してもよい。また、同様の理由で、式３乃至６の右辺の積分の範囲も、６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲に限定することができる。さらに、８００ｎｍ以上では、Ｒの分光特性とＢの分光特性がほぼ同じであるため、Ｔｒ（λ）−Ｔｂ（λ）＝０となる。従って、式７の右辺の分子の「６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の積分」は、実質的には「６００ｎｍから８００ｎｍの範囲の積分」となる。６００ｎｍから８００ｎｍの範囲のＥｏ（λ）とＥｒ（λ）を、それぞれ、Ｅｏ（７００ｎｍ）とＥｒ（７００ｎｍ）で近似すると、式７の右辺の分子は、次の式９に示すように近似できる。但し、式中の積分の範囲は、６００ｎｍから１０００ｎｍである。
∫｛Ｔｒ（λ）−Ｔｂ（λ）｝×Ｉｅ（λ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝ｄλ
＝｛∫｛Ｔｒ（λ）−Ｔｂ（λ）｝×Ｉｅ（λ）ｄλ ｝
×｛Ｓ×Ｅｏ（７００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（７００ｎｍ）｝
＝｛∫Ｔｒ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ− ∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ｝
×｛Ｓ×Ｅｏ（７００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（７００ｎｍ）｝
＝（Ｒｅ−Ｂｅ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（７００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（７００ｎｍ）｝ （式９）
【００３６】
また、６００ｎｍから８００ｎｍの範囲では、Ｂの分光特性は、ほぼ０であるので、Ｔｂ（λ）＝０となる。従って、式７の右辺の分母の「６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の積分」では、実質的には「８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の積分」となる。８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲のＥｏ（λ）とＥｒ（λ）を、それぞれＥｏ（９００ｎｍ）およびＥｒ（９００ｎｍ）で近似すると、式７の右辺の分母は、次の式１０に示すように近似できる。但し、式中の積分の範囲は、６００ｎｍから１０００ｎｍである。
∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）×｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝ｄλ
＝｛∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ ｝
×｛Ｓ×Ｅｏ（９００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（９００ｎｍ）｝
＝Ｂｅ
×｛Ｓ×Ｅｏ（９００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（９００ｎｍ）｝ （式１０）
【００３７】
したがって、次の式１１を導くことができる。
｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛Ｂｃ−Ｂｅ｝
＝［（Ｒｅ−Ｂｅ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（７００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（７００ｎｍ）｝］／
［Ｂｅ
×｛Ｓ×Ｅｏ（９００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（９００ｎｍ）｝］（式１１）
【００３８】
ここで、Ｅｏ（７００ｎｍ）＝２９０、Ｅｒ（７００ｎｍ）＝１７９４．２８、Ｅｏ（９００ｎｍ）＝１１９８、Ｅｒ（９００ｎｍ）＝７６１．８４（単位は全て［ｃｍ−１／（モル／リットル）］）であり、既知である。これらの値は、パラメータとして予めパラメータ保持部１４６に保持される。また、極値（Ｒｃ、Ｒｅ、Ｂｃ、Ｂｅ）は、測定値に基づいてＲ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５によって選択される。したがって、式１１において未知なのは酸素飽和度Ｓだけであり、これにより酸素飽和度Ｓを求めることができる。
【００３９】
なお、本発明の実施の形態で利用したＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔモデルにより算出される酸素飽和度は、条件によっては実際の値と比べて誤差を生じる場合があることが知られている。従来のパルスオキシメータではこの特性を利用した補正（calibration）が行われる場合がある。本発明の実施の形態においても同様に、この特性に基づいて酸素飽和度を補正することが可能である。
【００４０】
次に本発明の実施の形態における生体情報取得装置の動作について図面を参照して説明する。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態における生体情報（酸素飽和度）取得方法の処理手順例を示す流れ図である。まず、撮像部１３０において時系列に撮像された各時刻の画像が、撮像画像保持部１４１に保持される（ステップＳ９１１）。
【００４２】
そして、Ｒ平均値算出部１４２において、各時刻ｔの画像の赤色成分の画素の平均値Ｒ（ｔ）が算出される（ステップＳ９２１）。また、Ｂ平均値算出部１４３において、各時刻ｔの画像の青色成分の画素の平均値Ｂ（ｔ）が算出される（ステップＳ９２２）。
【００４３】
ステップＳ９２１およびＳ９２２において算出された平均値Ｒ（ｔ）およびＢ（ｔ）について、Ｒ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５において時系列における極値が選択される。すなわち、赤色成分の画素の平均値Ｒ（ｔ）の極大値がＲｃとして選択され（ステップＳ９３１）、平均値Ｒ（ｔ）の極小値がＲｅとして選択される（ステップＳ９３２）。また、青色成分の画素の平均値Ｂ（ｔ）の極大値がＢｃとして選択され（ステップＳ９３３）、平均値Ｂ（ｔ）の極小値がＢｅとして選択される（ステップＳ９３４）。
【００４４】
ステップＳ９３１乃至Ｓ９３４において選択された極値（Ｒｃ、Ｒｅ、Ｂｃ、Ｂｅ）に基づいて、酸素飽和度算出部１４７において酸素飽和度Ｓが算出される（ステップＳ９４１）。この酸素飽和度Ｓの算出の際、式１１の方程式を用いることができる。算出された酸素飽和度Ｓは、表示部１４８に表示される（ステップＳ９４２）。
【００４５】
このように、本発明の実施の形態によれば、時系列に撮像された画像に含まれる２色の画素のそれぞれについてＲ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５において時系列における極値を求め、この極値に基づいて酸素飽和度算出部１４７において式１１から酸素飽和度Ｓを算出することができる。
【００４６】
なお、本発明の実施の形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のうちＲおよびＢを用いた例について説明したが、これに代えてＲおよびＧ、または、ＢおよびＧの組み合わせによって酸素飽和度Ｓを算出するようにしてもよい。
【００４７】
なお、本発明の実施の形態における生体情報取得装置は、静脈認証装置としても作用させることが出来る。すなわち、この装置を使うことによって、静脈認証による個人の特定と、その個人の生体情報（健康に関する情報）の取得の両者を実現することができる。例えば、大病院などでは、１つのパルスオキシメータを使って、短時間に次々と複数の患者の酸素飽和度を測定する場合がある。この場合、どの患者の測定値であったかを人手を介して診断書などに記入しており、測定値と患者をとり間違える可能性があった。しかし、本発明の実施の形態における生体情報取得装置によれば、酸素飽和度を測定すると同時に、被検者がどの患者であるかを静脈認証により特定することができる。つまり、１つの装置によって、「患者の特定」と「その患者の酸素飽和度」が一組の電子データとして出力されるため、このデータを使って電子カルテに書き込むことにより、人為的ミスをなくすことができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態として、透過型による実現例について説明した。パルスオキシメータには透過型および反射型があるのと同様に、本発明も、透過型のみに限定するわけではなく、反射型の構成としてもよい。すなわち、照射部と受光部とが指を挟んで反対側に存在する構成（透過型）ではなく、照射部と受光部とが指に対して同じ側に存在する構成（反射型）であってもよい。
【００４９】
また、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、以下に示すように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有するが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。
【００５０】
すなわち、請求項１乃至６において、発光手段は例えば発光部１２２に対応する。また、撮像手段は例えば撮像部１３０に対応する。また、極値生成手段は例えばＲ平均値算出部１４２、Ｂ平均値算出部１４３、Ｒ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５に対応する。また、酸素飽和度算出手段は例えば酸素飽和度算出部１４７に対応する。
【００５１】
また、請求項７において、発光手段は例えば発光部１２２に対応する。また、撮像手段は例えば撮像部１３０に対応する。また、極値生成手順は例えばステップＳ９３１乃至Ｓ９３４に対応する。また、酸素飽和度算出手順は例えばステップＳ９４１に対応する。
【００５２】
なお、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態における生体情報取得装置の側面図の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における画像処理部１４０の機能構成例を示す図である。
【図３】、本発明の実施の形態における酸素飽和度算出までのデータの流れを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における生体情報取得方法の処理手順例を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００５４】
９９ 指
１１０ 基台
１２０ 照射部
１２１ 支持部
１２２ 発光部
１２３ 挿入口
１３０ 撮像部
１３１ 支持部
１３２ カメラ本体
１３３ レンズ部
１４０ 画像処理部
１４１ 撮像画像保持部
１４２ Ｒ平均値算出部
１４３ Ｂ平均値算出部
１４４ Ｒ極値選択部
１４５ Ｂ極値選択部
１４６ パラメータ保持部
１４７ 酸素飽和度算出部
１４８ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報取得装置に関し、特に酸素飽和度を取得する生体情報取得装置、および、その処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素飽和度（Oxygen Saturation）は、血液中のヘモグロビン（Ｈｂ：hemoglobin）のうち酸化しているヘモグロビンの割合を示すものである。ヘモグロビンは血液の中で酸素を運搬する役割を果たすものであり、酸素飽和度は生体の健康状態、特に呼吸状態の指標として用いられる。この酸素飽和度を計測する医療器具として、パルスオキシメータ（Pulse Oximeter）が知られている。パルスオキシメータとは、波長の異なる２種類の光を身体表面（指先など）から照射して、その際の吸光度によって、血液中の酸化ヘモグロビンの割合を非侵襲的に測定するものである。
【０００３】
例えば、赤色光（波長６６０ｎｍ）および赤外光（波長９４０ｎｍ）をそれぞれ照射する発光ダイオードを用いて、両者の発光を切り替えることによりそれぞれの吸光度を求めて、酸素飽和度を算出するパルスオキシメータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−９８８８１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、生体に照射した光の吸光度を求めることにより、酸素飽和度を非侵襲的に測定している。しかしながら、上述の従来技術では、波長の異なる２種類の光源を用いることを想定しており、これらの光源を交互に発光させる発光装置が必要であった。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、１つの光源に基づいて酸素飽和度を算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、光を発光する発光手段と、少なくとも２色の色成分に対して感度を有して上記発光された光を生体に透過または反射させた画像を時系列に撮像する撮像手段と、上記撮像された画像の所定領域における上記色成分の各々について上記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手段と、上記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段とを具備することを特徴とする生体情報取得装置である。これにより、少なくとも２色の色成分の各々について極値を生成して、これに基づいて酸素飽和度を算出させるという作用をもたらす。
【０００７】
また、この第１の側面において、上記発光手段は、白色の光を発光するようにしてもよい。また、上記色成分は、赤色および青色を含んでもよい。本発明の実施の形態では、これらの組合せについて説明するが、これ以外の色を用いることも可能である。
【０００８】
また、この第１の側面において、上記極値生成手段は、上記撮像された画像全体における上記色成分の各々の平均値の上記時系列における極大値および極小値を生成してもよく、また、上記撮像された画像の中央領域における上記色成分の各々の平均値の上記時系列における極大値および極小値を生成してもよい。画像周辺部に指の投影像が存在しない場合には後者の方が効率良く極大値および極小値を生成することができる。
【０００９】
また、本発明の第２の側面は、白色の光を発光する発光手段と、少なくとも赤色および青色の色成分に対して感度を有して上記発光された光を生体に透過または反射させた画像を時系列に撮像する撮像手段と、上記撮像された画像の所定領域における上記色成分の各々について上記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手段と、上記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて以下の方程式を解くことにより酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段とを具備することを特徴とする生体情報取得装置である。この方程式は、｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛Ｂｃ−Ｂｅ｝＝［（Ｒｅ−Ｂｅ）×｛Ｓ×Ｅｏ（λ１）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ１）｝］／［Ｂｅ×｛Ｓ×Ｅｏ（λ２）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ２）｝］である。ただし、Ｒｃは赤色の極大値、Ｂｃは青色の極大値、Ｒｅは赤色の極小値、Ｂｅは青色の極小値、Ｓは酸素飽和度、Ｅｏ（λ）は波長λにおける既知の酸化ヘモグロビン吸光係数、Ｅｒ（λ）は波長λにおける既知の脱酸化ヘモグロビン吸光係数、λ１およびλ２は波長λの具体値である。これにより、赤色および青色の色成分の各々について極値を生成して、これに基づいて酸素飽和度を算出させるという作用をもたらす。
【００１０】
また、本発明の第３の側面は、白色の光を発光する発光手段と、少なくとも赤色および青色の色成分に対して感度を有して上記発光された光を生体に透過または反射させた画像を撮像する撮像手段とを備える生体情報取得装置における生体情報取得方法であって、上記撮像された画像の所定領域における上記色成分の各々について上記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手順と、上記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて上述の方程式を解くことにより酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手順とを具備することを特徴とする生体情報取得方法である。これにより、赤色および青色の色成分の各々について極値を生成して、これに基づいて酸素飽和度を算出させるという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１つの光源に基づいて酸素飽和度を算出することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における生体情報取得装置の側面図の一例を示す図である。この生体情報取得装置では、基台１１０の上に照射部１２０および撮像部１３０が設けられている。
【００１４】
照射部１２０は、支持部１２１と、発光部１２２と、挿入口１２３とを備えている。支持部１２１は、一端において基台１１０に接続し、照射部１２０全体を支持するものである。発光部１２２は、生体に照射するための光を発光するものである。本発明の実施の形態では、光の色は白色であることが望ましい。したがって、例えば、白熱電球、ハロゲンランプ、または、白色発光ダイオードなどをその光源として用いることができる。挿入口１２３は、生体の一部として、例えば指９９を挿入させるための誘導口である。
【００１５】
なお、上述の発光部１２２において、白熱電球などの個数や定格電力は適宜選択してよい。また、生体情報取得装置全体を太陽に向けて指９９をかざすように配置することにより、白熱電球などに代えて太陽光線を光源として用いるようにしてもよい。
【００１６】
一方、撮像部１３０は、支持部１３１と、カメラ本体１３２とを備えている。支持部１３１は、一端において基台１１０に接続し、カメラ本体１３２を支持するものである。カメラ本体１３２は、被写体を撮像するためのものであり、汎用のデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラであってもよく、また、専用のカメラであってもよい。このカメラ本体１３２は、複数の画像を連続して撮像するための連写モードを備えていることが望ましい。
【００１７】
カメラ本体１３２の先端にはレンズ部１３３が設けられており、レンズ部１３３の視線軸が発光部１２２と直交するように、支持部１３１によって固定保持されている。カメラ本体１３２は、レンズ部１３３によって集光された光を撮像素子によって光電変換する。この撮像素子は、少なくとも２色の色成分に対して感度を有する１次元ラインセンサまたは２次元イメージセンサであり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサによって実現することができる。なお、これら撮像素子としてはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色に対して感度を有するものが多く利用されており、その場合、一般に何れの素子も８００ｎｍから１０００ｎｍ付近に感度を有しており、すなわち近赤外成分も受光できるようになっている。
【００１８】
カメラ本体１３２で撮影された画像は順次、画像処理部１４０に転送されるようになっている。この画像処理部１４０は、専用のハードウェアにより構成してもよく、また、一般的なパーソナルコンピュータにより実現してもよい。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態における画像処理部１４０の機能構成例を示す図である。この画像処理部１４０には、照射部１２０によって照射された光を生体に透過させた画像が、撮像部１３０によって供給される。この画像処理部１４０は、撮像画像保持部１４１と、Ｒ平均値算出部１４２と、Ｂ平均値算出部１４３と、Ｒ極値選択部１４４と、Ｂ極値選択部１４５と、パラメータ保持部１４６と、酸素飽和度算出部１４７と、表示部１４８とを備えている。
【００２０】
撮像画像保持部１４１は、撮像部１３０から供給された画像を保持するものである。この画像は時系列に撮像されたものであり、ここでは１秒当たり２０枚の撮像間隔で、５秒間に相当する１００枚の画像を想定する。この撮像間隔は、脈拍（脈波）の周期よりも十分に短ければよい。通常、脈拍の周期は０．５秒から１秒程度であるため、撮影間隔は例えば０．１秒間隔未満（つまり、１秒間あたり１０枚以上）であれば十分である。また、全体としての撮影時間は、原理的には脈拍（脈波）の周期と同等の時間でよいが、安定した測定のためには数秒間程度確保することが望ましい。
【００２１】
Ｒ平均値算出部１４２は、撮像画像保持部１４１に保持された１００枚の画像の各々について赤色成分（Red）の画素の平均値をそれぞれ算出するものである。時刻をｔ（ｔは整数。但し、１≦ｔ≦１００）とすると、赤色成分の画素の平均値は時系列にＲ（ｔ）として表される。なお、この場合の平均値は画像全体の平均値としてもよいが、画像周辺部に指の投影像が存在しない場合には画像の中央領域（例えば、画像中心点の近傍の１００画素四方）の平均値を算出するようにしてもよい。さらに、平均値の算出を省いて、中心点などの代表点の値を用いるようにしてもよい。
【００２２】
Ｂ平均値算出部１４３は、撮像画像保持部１４１に保持された１００枚の画像の各々について青色成分（Brue）の画素の平均値をそれぞれ算出するものである。赤色成分と同様に、時刻ｔの青色成分の画素の平均値は時系列にＢ（ｔ）として表される。なお、平均値の算出の要領についても赤色成分の場合と同様である。
【００２３】
Ｒ極値選択部１４４は、赤色成分の画素の平均値Ｒ（ｔ）の中から、時系列における極大値および極小値を選択するものである。ここでは、平均値Ｒ（ｔ）の極大値をＲｃとし、極小値をＲｅとする。なお、極大値および極小値を総称して「極値」という。
【００２４】
Ｂ極値選択部１４５は、青色成分の画素の平均値Ｂ（ｔ）の中から、時系列における極大値および極小値を選択するものである。ここでは、平均値Ｂ（ｔ）の極大値をＢｃとし、極小値をＢｅとする。
【００２５】
パラメータ保持部１４６は、酸素飽和度の算出に必要な既知のパラメータを保持するものである。このパラメータの具体的な内容については後述する。
【００２６】
酸素飽和度算出部１４７は、Ｒ極値選択部１４４によって選択される極値ＲｃおよびＲｅと、Ｂ極値選択部１４５によって選択される極値ＢｃおよびＢｅと、パラメータ保持部１４６において保持されるパラメータとに基づいて酸素飽和度を算出するものである。この酸素飽和度算出部１４７における酸素飽和度の算出法については後述する。
【００２７】
表示部１４８は、酸素飽和度算出部１４７によって算出された酸素飽和度を表示するものである。この表示部１４８は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルなどにより実現される。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態における酸素飽和度算出までのデータの流れを示す図である。撮像部１３０において時系列に撮像された画像は、撮像画像保持部１４１に保持されていく。撮像素子の各画素は例えばベイヤー配列により規則的に配置されており、撮像画像から各色成分を抽出することができる。この例では、赤色成分および青色成分をそれぞれ抽出している。
【００２９】
このようにして抽出された各色成分について、Ｒ平均値算出部１４２およびＢ平均値算出部１４３によって、時系列に撮像された画像毎の平均値Ｒ（ｔ）およびＢ（ｔ）が算出される。そして、これら平均値Ｒ（ｔ）およびＢ（ｔ）について、Ｒ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５によって、時系列における極値（Ｒｃ、Ｒｅ、Ｂｃ、Ｂｅ）が選択される。
【００３０】
このようにして選択された極値は、以下のように酸素飽和度の算出のために用いられる。ここで、入射光をＩ（λ）、動脈の収縮時の透過光をＩｃ（λ）、動脈の膨張時の透過光をＩｅ（λ）、酸化ヘモグロビン吸光係数をＥｏ（λ）、脱酸化ヘモグロビン吸光係数をＥｒ（λ）とする。これら変数は波長λに依存する。入射光Ｉ（λ）は、白熱電球の場合、各波長λに対する割合は黒体輻射のプランクの式から導くことができ、既知である。また、入射光Ｉ（λ）は、太陽光の場合、各波長λに対する割合は公知の実験値を利用することができる。なお、Ｅｏ（λ）およびＥｒ（λ）は、公知の実験値を利用することができる。
【００３１】
さらに、ヘモグロビン濃度をＨ、収縮時の動脈の厚みをＤ、膨張時の動脈の厚みを（Ｄ＋δ）、酸素飽和度をＳとすると、次の式１および式２が成立する（Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔモデル）。
Ｌｏｇ（Ｉ（λ）／Ｉｃ(λ)）
＝｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝×Ｈ×Ｄ （式１）
Ｌｏｇ（Ｉ（λ）／Ｉｅ(λ)）
＝｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝×Ｈ×（Ｄ＋δ） （式２）
【００３２】
また、Ｒの画素が受光する分光感度（Ｒの分光特性）をＴｒ（λ）、Ｂの画素が受光する分光感度（Ｂの分光特性）をＴｂ（λ）とすると、上述の極値（Ｒｃ、Ｒｅ、Ｂｃ、Ｂｅ）は、次の式３乃至６により表される。但し、「∫〜ｄλ」は波長方向の積分を表し、その積分の範囲はカメラの受光できる波長であり、例えば３５０ｎｍから１０００ｎｍである。
Ｒｃ＝∫Ｔｒ（λ）×Ｉｃ（λ）ｄλ （式３）
Ｒｅ＝∫Ｔｒ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ （式４）
Ｂｃ＝∫Ｔｂ（λ）×Ｉｃ（λ）ｄλ （式５）
Ｂｅ＝∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ （式６）
【００３３】
式１乃至６を方程式として解くことにより、酸素飽和度Ｓを求めることができる。その際、以下に示すように近似することができる。式１乃至６を式変形すると、次の式７が得られる。この場合の積分の範囲もカメラの受光できる波長であり、例えば３５０ｎｍから１０００ｎｍである。
｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛ Ｂｃ−Ｂｅ｝
＝∫｛Ｔｒ（λ）−Ｔｂ（λ）｝×Ｉｅ（λ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝ｄλ
／∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝ｄλ （式７）
【００３４】
なお、この式変形において、δは微小な値であるため、次の式８による近似を行っている。
ｅｘｐ｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝×Ｈ×δ
＝１＋｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝×Ｈ×δ （式８）
【００３５】
Ｉｅ（λ）は、カメラに入射される光のうちの波長λの成分であるが、この値は吸光係数Ｅｏ（λ）やＥｒ（λ）に対して指数関数的に減少することと、吸光係数Ｅｏ（λ）やＥｒ（λ）が６００ｎｍ以下で大きな値となることより、式７の右辺の２つの積分の範囲は、いずれも、６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲に限定してもよい。また、同様の理由で、式３乃至６の右辺の積分の範囲も、６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲に限定することができる。さらに、８００ｎｍ以上では、Ｒの分光特性とＢの分光特性がほぼ同じであるため、Ｔｒ（λ）−Ｔｂ（λ）＝０となる。従って、式７の右辺の分子の「６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の積分」は、実質的には「６００ｎｍから８００ｎｍの範囲の積分」となる。６００ｎｍから８００ｎｍの範囲のＥｏ（λ）とＥｒ（λ）を、それぞれ、Ｅｏ（７００ｎｍ）とＥｒ（７００ｎｍ）で近似すると、式７の右辺の分子は、次の式９に示すように近似できる。但し、式中の積分の範囲は、６００ｎｍから１０００ｎｍである。
∫｛Ｔｒ（λ）−Ｔｂ（λ）｝×Ｉｅ（λ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝ｄλ
＝｛∫｛Ｔｒ（λ）−Ｔｂ（λ）｝×Ｉｅ（λ）ｄλ ｝
×｛Ｓ×Ｅｏ（７００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（７００ｎｍ）｝
＝｛∫Ｔｒ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ− ∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ｝
×｛Ｓ×Ｅｏ（７００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（７００ｎｍ）｝
＝（Ｒｅ−Ｂｅ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（７００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（７００ｎｍ）｝ （式９）
【００３６】
また、６００ｎｍから８００ｎｍの範囲では、Ｂの分光特性は、ほぼ０であるので、Ｔｂ（λ）＝０となる。従って、式７の右辺の分母の「６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の積分」では、実質的には「８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の積分」となる。８００ｎｍから１０００ｎｍの範囲のＥｏ（λ）とＥｒ（λ）を、それぞれＥｏ（９００ｎｍ）およびＥｒ（９００ｎｍ）で近似すると、式７の右辺の分母は、次の式１０に示すように近似できる。但し、式中の積分の範囲は、６００ｎｍから１０００ｎｍである。
∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）×｛Ｓ×Ｅｏ（λ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ）｝ｄλ
＝｛∫Ｔｂ（λ）×Ｉｅ（λ）ｄλ ｝
×｛Ｓ×Ｅｏ（９００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（９００ｎｍ）｝
＝Ｂｅ
×｛Ｓ×Ｅｏ（９００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（９００ｎｍ）｝ （式１０）
【００３７】
したがって、次の式１１を導くことができる。
｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛Ｂｃ−Ｂｅ｝
＝［（Ｒｅ−Ｂｅ）
×｛Ｓ×Ｅｏ（７００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（７００ｎｍ）｝］／
［Ｂｅ
×｛Ｓ×Ｅｏ（９００ｎｍ）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（９００ｎｍ）｝］（式１１）
【００３８】
ここで、Ｅｏ（７００ｎｍ）＝２９０、Ｅｒ（７００ｎｍ）＝１７９４．２８、Ｅｏ（９００ｎｍ）＝１１９８、Ｅｒ（９００ｎｍ）＝７６１．８４（単位は全て［ｃｍ−１／（モル／リットル）］）であり、既知である。これらの値は、パラメータとして予めパラメータ保持部１４６に保持される。また、極値（Ｒｃ、Ｒｅ、Ｂｃ、Ｂｅ）は、測定値に基づいてＲ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５によって選択される。したがって、式１１において未知なのは酸素飽和度Ｓだけであり、これにより酸素飽和度Ｓを求めることができる。
【００３９】
なお、本発明の実施の形態で利用したＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔモデルにより算出される酸素飽和度は、条件によっては実際の値と比べて誤差を生じる場合があることが知られている。従来のパルスオキシメータではこの特性を利用した補正（calibration）が行われる場合がある。本発明の実施の形態においても同様に、この特性に基づいて酸素飽和度を補正することが可能である。
【００４０】
次に本発明の実施の形態における生体情報取得装置の動作について図面を参照して説明する。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態における生体情報（酸素飽和度）取得方法の処理手順例を示す流れ図である。まず、撮像部１３０において時系列に撮像された各時刻の画像が、撮像画像保持部１４１に保持される（ステップＳ９１１）。
【００４２】
そして、Ｒ平均値算出部１４２において、各時刻ｔの画像の赤色成分の画素の平均値Ｒ（ｔ）が算出される（ステップＳ９２１）。また、Ｂ平均値算出部１４３において、各時刻ｔの画像の青色成分の画素の平均値Ｂ（ｔ）が算出される（ステップＳ９２２）。
【００４３】
ステップＳ９２１およびＳ９２２において算出された平均値Ｒ（ｔ）およびＢ（ｔ）について、Ｒ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５において時系列における極値が選択される。すなわち、赤色成分の画素の平均値Ｒ（ｔ）の極大値がＲｃとして選択され（ステップＳ９３１）、平均値Ｒ（ｔ）の極小値がＲｅとして選択される（ステップＳ９３２）。また、青色成分の画素の平均値Ｂ（ｔ）の極大値がＢｃとして選択され（ステップＳ９３３）、平均値Ｂ（ｔ）の極小値がＢｅとして選択される（ステップＳ９３４）。
【００４４】
ステップＳ９３１乃至Ｓ９３４において選択された極値（Ｒｃ、Ｒｅ、Ｂｃ、Ｂｅ）に基づいて、酸素飽和度算出部１４７において酸素飽和度Ｓが算出される（ステップＳ９４１）。この酸素飽和度Ｓの算出の際、式１１の方程式を用いることができる。算出された酸素飽和度Ｓは、表示部１４８に表示される（ステップＳ９４２）。
【００４５】
このように、本発明の実施の形態によれば、時系列に撮像された画像に含まれる２色の画素のそれぞれについてＲ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５において時系列における極値を求め、この極値に基づいて酸素飽和度算出部１４７において式１１から酸素飽和度Ｓを算出することができる。
【００４６】
なお、本発明の実施の形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のうちＲおよびＢを用いた例について説明したが、これに代えてＲおよびＧ、または、ＢおよびＧの組み合わせによって酸素飽和度Ｓを算出するようにしてもよい。
【００４７】
なお、本発明の実施の形態における生体情報取得装置は、静脈認証装置としても作用させることが出来る。すなわち、この装置を使うことによって、静脈認証による個人の特定と、その個人の生体情報（健康に関する情報）の取得の両者を実現することができる。例えば、大病院などでは、１つのパルスオキシメータを使って、短時間に次々と複数の患者の酸素飽和度を測定する場合がある。この場合、どの患者の測定値であったかを人手を介して診断書などに記入しており、測定値と患者をとり間違える可能性があった。しかし、本発明の実施の形態における生体情報取得装置によれば、酸素飽和度を測定すると同時に、被検者がどの患者であるかを静脈認証により特定することができる。つまり、１つの装置によって、「患者の特定」と「その患者の酸素飽和度」が一組の電子データとして出力されるため、このデータを使って電子カルテに書き込むことにより、人為的ミスをなくすことができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態として、透過型による実現例について説明した。パルスオキシメータには透過型および反射型があるのと同様に、本発明も、透過型のみに限定するわけではなく、反射型の構成としてもよい。すなわち、照射部と受光部とが指を挟んで反対側に存在する構成（透過型）ではなく、照射部と受光部とが指に対して同じ側に存在する構成（反射型）であってもよい。
【００４９】
また、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、以下に示すように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有するが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。
【００５０】
すなわち、請求項１乃至６において、発光手段は例えば発光部１２２に対応する。また、撮像手段は例えば撮像部１３０に対応する。また、極値生成手段は例えばＲ平均値算出部１４２、Ｂ平均値算出部１４３、Ｒ極値選択部１４４およびＢ極値選択部１４５に対応する。また、酸素飽和度算出手段は例えば酸素飽和度算出部１４７に対応する。
【００５１】
また、請求項７において、発光手段は例えば発光部１２２に対応する。また、撮像手段は例えば撮像部１３０に対応する。また、極値生成手順は例えばステップＳ９３１乃至Ｓ９３４に対応する。また、酸素飽和度算出手順は例えばステップＳ９４１に対応する。
【００５２】
なお、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態における生体情報取得装置の側面図の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における画像処理部１４０の機能構成例を示す図である。
【図３】、本発明の実施の形態における酸素飽和度算出までのデータの流れを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における生体情報取得方法の処理手順例を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００５４】
９９ 指
１１０ 基台
１２０ 照射部
１２１ 支持部
１２２ 発光部
１２３ 挿入口
１３０ 撮像部
１３１ 支持部
１３２ カメラ本体
１３３ レンズ部
１４０ 画像処理部
１４１ 撮像画像保持部
１４２ Ｒ平均値算出部
１４３ Ｂ平均値算出部
１４４ Ｒ極値選択部
１４５ Ｂ極値選択部
１４６ パラメータ保持部
１４７ 酸素飽和度算出部
１４８ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光する発光手段と、
少なくとも２色の色成分に対して感度を有して前記発光された光を生体に透過または反射させた画像を時系列に撮像する撮像手段と、
前記撮像された画像の所定領域における前記色成分の各々について前記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手段と、
前記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段と
を具備することを特徴とする生体情報取得装置。
【請求項２】
前記発光手段は、白色の光を発光することを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
【請求項３】
前記色成分は、赤色および青色を含むことを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
【請求項４】
前記極値生成手段は、前記撮像された画像全体における前記色成分の各々の平均値の前記時系列における極大値および極小値を生成することを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
【請求項５】
前記極値生成手段は、前記撮像された画像の中央領域における前記色成分の各々の平均値の前記時系列における極大値および極小値を生成することを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
【請求項６】
白色の光を発光する発光手段と、
少なくとも赤色および青色の色成分に対して感度を有して前記発光された光を生体に透過または反射させた画像を時系列に撮像する撮像手段と、
前記撮像された画像の所定領域における前記色成分の各々について前記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手段と、
前記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて以下の方程式を解くことにより酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段と
を具備することを特徴とする生体情報取得装置。
｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛Ｂｃ−Ｂｅ｝＝［（Ｒｅ−Ｂｅ）×｛Ｓ×Ｅｏ（λ１）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ１）｝］／［Ｂｅ×｛Ｓ×Ｅｏ（λ２）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ２）｝］
（ただし、Ｒｃは赤色の極大値、Ｂｃは青色の極大値、Ｒｅは赤色の極小値、Ｂｅは青色の極小値、Ｓは酸素飽和度、Ｅｏ（λ）は波長λにおける既知の酸化ヘモグロビン吸光係数、Ｅｒ（λ）は波長λにおける既知の脱酸化ヘモグロビン吸光係数、λ１およびλ２は波長λの具体値である。）
【請求項７】
白色の光を発光する発光手段と、少なくとも赤色および青色の色成分に対して感度を有して前記発光された光を生体に透過または反射させた画像を撮像する撮像手段とを備える生体情報取得装置における生体情報取得方法であって、
前記撮像された画像の所定領域における前記色成分の各々について前記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手順と、
前記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて以下の方程式を解くことにより酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手順と
を具備することを特徴とする生体情報取得方法。
｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛Ｂｃ−Ｂｅ｝＝［（Ｒｅ−Ｂｅ）×｛Ｓ×Ｅｏ（λ１）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ１）｝］／［Ｂｅ×｛Ｓ×Ｅｏ（λ２）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ２）｝］
（ただし、Ｒｃは赤色の極大値、Ｂｃは青色の極大値、Ｒｅは赤色の極小値、Ｂｅは青色の極小値、Ｓは酸素飽和度、Ｅｏ（λ）は波長λにおける既知の酸化ヘモグロビン吸光係数、Ｅｒ（λ）は波長λにおける既知の脱酸化ヘモグロビン吸光係数、λ１およびλ２は波長λの具体値である。）
【請求項１】
光を発光する発光手段と、
少なくとも２色の色成分に対して感度を有して前記発光された光を生体に透過または反射させた画像を時系列に撮像する撮像手段と、
前記撮像された画像の所定領域における前記色成分の各々について前記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手段と、
前記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段と
を具備することを特徴とする生体情報取得装置。
【請求項２】
前記発光手段は、白色の光を発光することを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
【請求項３】
前記色成分は、赤色および青色を含むことを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
【請求項４】
前記極値生成手段は、前記撮像された画像全体における前記色成分の各々の平均値の前記時系列における極大値および極小値を生成することを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
【請求項５】
前記極値生成手段は、前記撮像された画像の中央領域における前記色成分の各々の平均値の前記時系列における極大値および極小値を生成することを特徴とする請求項１記載の生体情報取得装置。
【請求項６】
白色の光を発光する発光手段と、
少なくとも赤色および青色の色成分に対して感度を有して前記発光された光を生体に透過または反射させた画像を時系列に撮像する撮像手段と、
前記撮像された画像の所定領域における前記色成分の各々について前記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手段と、
前記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて以下の方程式を解くことにより酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手段と
を具備することを特徴とする生体情報取得装置。
｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛Ｂｃ−Ｂｅ｝＝［（Ｒｅ−Ｂｅ）×｛Ｓ×Ｅｏ（λ１）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ１）｝］／［Ｂｅ×｛Ｓ×Ｅｏ（λ２）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ２）｝］
（ただし、Ｒｃは赤色の極大値、Ｂｃは青色の極大値、Ｒｅは赤色の極小値、Ｂｅは青色の極小値、Ｓは酸素飽和度、Ｅｏ（λ）は波長λにおける既知の酸化ヘモグロビン吸光係数、Ｅｒ（λ）は波長λにおける既知の脱酸化ヘモグロビン吸光係数、λ１およびλ２は波長λの具体値である。）
【請求項７】
白色の光を発光する発光手段と、少なくとも赤色および青色の色成分に対して感度を有して前記発光された光を生体に透過または反射させた画像を撮像する撮像手段とを備える生体情報取得装置における生体情報取得方法であって、
前記撮像された画像の所定領域における前記色成分の各々について前記時系列における極大値および極小値を生成する極値生成手順と、
前記色成分の各々の極大値および極小値に基づいて以下の方程式を解くことにより酸素飽和度を算出する酸素飽和度算出手順と
を具備することを特徴とする生体情報取得方法。
｛（Ｒｃ−Ｂｃ）−（Ｒｅ−Ｂｅ）｝／｛Ｂｃ−Ｂｅ｝＝［（Ｒｅ−Ｂｅ）×｛Ｓ×Ｅｏ（λ１）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ１）｝］／［Ｂｅ×｛Ｓ×Ｅｏ（λ２）＋（１−Ｓ）×Ｅｒ（λ２）｝］
（ただし、Ｒｃは赤色の極大値、Ｂｃは青色の極大値、Ｒｅは赤色の極小値、Ｂｅは青色の極小値、Ｓは酸素飽和度、Ｅｏ（λ）は波長λにおける既知の酸化ヘモグロビン吸光係数、Ｅｒ（λ）は波長λにおける既知の脱酸化ヘモグロビン吸光係数、λ１およびλ２は波長λの具体値である。）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−３０１９１４（Ｐ２００８−３０１９１４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４９８５７（Ｐ２００７−１４９８５７）
【出願日】平成１９年６月６日（２００７．６．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月６日（２００７．６．６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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