非侵襲生体計測装置
【課題】 構造を簡略化するとともに、短時間で血液成分の解析をすることができる非侵襲生体計測装置を提供する。
【解決手段】 生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置１。前記血管を含む生体を照明する光源部５１と、照明された前記生体を撮像する撮像部５２と、撮像して得られる生体画像中の血管像に基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出し、前記生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記算出された成分濃度を補正する解析部５３とを備えている。
【解決手段】 生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置１。前記血管を含む生体を照明する光源部５１と、照明された前記生体を撮像する撮像部５２と、撮像して得られる生体画像中の血管像に基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出し、前記生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記算出された成分濃度を補正する解析部５３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体を撮像して得られた生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像手段を用いて生体を撮像し、生体画像中の血管を解析することにより、ヘモグロビン等の血液の成分を計測する非侵襲生体計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照)。この特許文献１記載の装置は、使用者の手首における血管（静脈）を照明する第１光源と、この第１光源によって照明された血管から光学情報を検出する第１受光部と、この光学情報に基づいて前記血管中を流れる血液成分を解析する解析部とを備えており、手首に装着するだけで使用者の血液成分を連続して計測することができる。
【０００３】
かかる特許文献１記載の装置を用いて血液成分を計測するに際し、血管の撮像が容易になるように、手首よりも心臓に近い使用者の腕部に加圧帯（カフ）を装着し、当該使用者の腕を所定の圧力で加圧して、手首周辺の血流を阻害し、手首の血管（静脈）を膨張させている。
【０００４】
ところで、カフにより生体を加圧すると、目的とする血管だけではなく当該血管の周辺組織における毛細血管もうっ血し、血液が溜まることから、計測値が実際の値よりも小さくなるという問題がある。すなわち、計測に際しては、血管を含む生体の撮像画像における血管部分の輝度と、その周辺部分の輝度との差に基づいて血液成分の量を求めているが、加圧により周辺組織がうっ血することで、前記輝度の差が小さくなってしまう。
そこで、特許文献１記載の装置では、前述した第１光源とは別に、血管周辺の周辺組織を照明する第２光源と、この第２光源によって照明された生体組織から光学情報を検出する第２受光部とを設け、生体組織からの光学情報に基づいて血液成分を補正している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４２８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の装置では、本来の測定対象である血管からの光学情報を得るための機構以外に、当該血管周辺の生体組織からの光学情報を得るための専用の光源と受光部とが必要であり、装置の構成が複雑になっていた。また、前記光学情報を取得、解析している間は生体の撮像を行うことができないことから、血液成分の解析に時間がかかっていた。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、構造を簡略化するとともに、短時間で血液成分の解析をすることができる非侵襲生体計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点に係る非侵襲生体計測装置は、生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
前記血管を含む生体を照明する光源部と、
照明された前記生体を撮像する撮像部と、
撮像して得られる生体画像中の血管像に基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出し、前記生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記算出された成分濃度を補正する解析部と
を備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の非侵襲生体計測装置では、血液成分の濃度を算出するために撮像する、血管を含む生体の画像中の血管周辺組織像に基づいて、血液成分濃度を補正しているので、前記血管周辺組織からの光学情報を得るための専用の光源及び受光部が不要となる。したがって、装置の構成を簡略化することができる。また、血管を含む生体の画像を用いて、血液成分の濃度を算出するとともに、算出された濃度の補正を行っていることから、装置の制御を簡素化することができ、これにより、血液成分の解析に要する時間を短縮することができる。
【００１０】
前記解析部を、前記生体画像中の血管を横切って分布する第１輝度分布を抽出する第１抽出手段と、当該生体画像中の血管像に沿って分布する第２輝度分布を抽出する第２抽出手段と、前記第１輝度分布に基づいて前記成分濃度を算出する成分濃度算出手段と、前記第２輝度分布に基づいて当該成分濃度を補正する補正手段とから構成することができる。
また、前記第２抽出手段を、前記生体画像中の血管像から所定の距離にある当該生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記第２輝度分布を抽出するように構成することができる。
さらに、前記補正手段を、前記第２輝度分布に基づいて当該輝度の減衰率を算出し、この算出された減衰率に基づいて前記成分濃度を補正するように構成することができる。
【００１１】
また、本発明の第２の観点に係る非侵襲生体計測装置は、生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
前記血管を含む生体を照明する光源部と、
照明された前記生体を撮像する撮像部と、
撮像して得られる生体画像中の血管像と、当該生体画像中の血管周辺組織像の輝度が減衰する減衰率とに基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出する解析部と
を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の非侵襲生体計測装置によれば、構造を簡略化するとともに、短時間で血液成分の解析をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の非侵襲生体計測装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る非侵襲生体計測装置１の概略構成を示す図である。この非侵襲生体計測装置１は、腕時計型の血液成分分析装置であり、装置本体３と保持具４とを備えている。装置本体３は、保持具４によって人間の手首に装着される。なお、装置本体３は保持具４によって手首の周方向に位置調整可能なように装着される。装置本体３の側面には、使用者が非侵襲生体計測装置１を操作するための電源/実行キー３８とメニューキー３９とが設けられている。また、手首よりも心臓に近い使用者の腕部には、加圧帯２（カフ）が装着される。加圧帯２は、使用者の腕を所定の圧力で加圧して、手首周辺の血流を阻害し、手首の血管（静脈）を膨張させる。このように加圧帯２で手首を加圧した状態で測定を行うことにより、血管の撮像が容易になる。
【００１４】
図２は、非侵襲生体計測装置１の構成を示す断面説明図である。装置本体３は、外側ケース３５と、外側ケース３５の裏側に配置された裏蓋３７と、裏蓋３７の下部に取り付けられた係合部材４１とを備えている。また、外側ケース３５の中央には、後述する計測ユニット５を収容するために円筒状のユニット保持部３５ａが形成されている。一方、裏蓋３７及び係合部材４１の中央には、ユニット保持部３５ａを受け入れるための空間部が形成されている。このユニット保持部３５ａの外壁の中間部からは、一対の突出部３５ｃ、３５ｄが水平方向に延びている。この突出部３５ｃと裏蓋３７との間及び突出部３５ｄと裏蓋３７との間は、それぞれ圧縮スプリング３７ａ、３７ｂによって接続されている。これら圧縮スプリング３７ａ、３７ｂにより、外側ケース３５は、裏蓋３７に向かって付勢される。また、係合部材４１の側面には、凹状に窪んだ係合部４１ａが形成されており、後述する支持台４２の内方突出部４２ａに係合可能になっている。
【００１５】
前記保持具４は、支持台４２とリストバンド４３とで構成されている。支持台４２は上面形状が長方形であり、その中央部には、装置本体３の係合部材４１を嵌着するための円形の開口部が形成されている。この開口部の端縁には、係合部材４１が軸ＡＺの周りに回動可能に係合される係合部４２ａが設けられている。支持台４２には、伸縮自在なゴム製のリストバンド４３が取り付けられている。なお、外側ケース３５および裏蓋３７は、光を透過させない材料で作製されている。
【００１６】
ユニット保持部３５ａには、測定ユニット５が支持されている。この測定ユニット５は、光源部５１と、撮像部５２と、制御部５３と、表示部５４とで構成されており、光源部５１、撮像部５２及び表示部５４と制御部５３とは、相互に電気信号のやり取りが可能なように配線コード、フラットケーブル（図示せず）等で接続されている。
【００１７】
次に、光源部５１について説明する。図３は、光源部５１の構成を示す平面図である。光源部５１は、円板状の保持板５１ａと、この保持板５１ａに保持された４つの発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２とから構成されている。保持板５１ａの中央には、撮像部５２へ入射する光を通過させる為の円形の開口部５１ｂが設けられており、この開口部５１ｂの周囲に沿って、前述した発光ダイオードが配置されている。
【００１８】
図４は、保持板５１ａに設けられた４つの発光ダイオードの位置関係を示す図である。発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２は、開口部５１ｂの中心を通り互いに直交する第１軸ＡＹと第２軸ＡＸにそれぞれ対称に配置されている。非侵襲生体計測装置１が手首に装着された状態において、手首表面の撮像領域ＣＲは、撮像部５２により撮像され、表示部５４に表示される領域である。発光ダイオードＬ１およびＬ２側の指標線６２ａと、発光ダイオードＲ１およびＲ２側の指標線６２ｂとの間の領域６２ｃが、撮像部５２による撮像に適した領域、即ち撮像の際に血管を位置させる領域である。なお、指標線６２ａおよび６２ｂは、制御部５３により、表示部５４に表示される。血液成分の分析を行う際には、手首の任意の血管が、前記領域６２ｃ内に位置するように装置本体３の装着位置を調整する。そして、血管は、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２によって、両側から近赤外光（中心波長＝８０５ｎｍ）で照明される。
【００１９】
次に、撮像部５２の構成について説明する。図２に示されるように、撮像部５２は、反射光の焦点を絞るためのレンズ５２ａと、レンズ５２ａを固定する鏡筒５２ｂと、画像を撮像するＣＣＤカメラ５２ｃとで構成されており、撮像領域ＣＲの画像を撮像することが可能である。レンズ５２ａ及び鏡筒５２ｂは、内部が黒色の円筒形の遮光筒５２ｄに挿入されている。ＣＣＤカメラ５２ｃは、結像した画像を撮像し画像信号として制御部５３に送信する。
【００２０】
次に、制御部５３の構成について説明する。制御部５３は、ＣＣＤカメラ５２ｃの上部に設けられている。図５は、測定ユニット５の構成を示すブロック図である。制御部５３は、ＣＰＵ５３ａと、メインメモリ５３ｂと、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃと、光源部入出力インタフェース５３ｄと、フレームメモリ５３ｅと、画像入力インタフェース５３ｆと、入力インタフェース５３ｇと、通信インタフェース５３ｈと、画像出力インタフェース５３ｉとを備えている。ＣＰＵ５３ａと、メインメモリ５３ｂ、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃ、光源部入出力インタフェース５３ｄ、フレームメモリ５３ｅ、画像入力インタフェース５３ｆ、入力インタフェース５３ｇ、通信インタフェース５３ｈ、及び画像出力インタフェース５３ｉとは、相互にデータ伝送が可能であるようにデータ伝送線を介して接続されている。この構成により、ＣＰＵ５３ａは、メインメモリ５３ｂ、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃ、及びフレームメモリ５３ｅに対するデータの読み出し、書込み、並びに、光源部入出力インタフェース５３ｄ、画像入力インタフェース５３ｆ、入力インタフェース５３ｇ、画像出力インタフェース５３ｉ、及び通信インタフェース５３ｈに対するデータの送受信が可能となる。
【００２１】
解析部であるＣＰＵ５３ａは、図示しないＲＯＭ及びメインメモリ５３ｂにロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、後述するようなコンピュータプログラムを当該ＣＰＵ５３ａが実行することにより、本装置が非侵襲生体計測装置として機能する。
メインメモリ５３ｂは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって構成されている。メインメモリ５３ｂは、図示しないＲＯＭ及びフラッシュメモリカード５３ｊに記憶されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、これらのコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ５３ａの作業領域として利用される。
【００２２】
フラッシュメモリカードリーダ５３ｃは、フラッシュメモリカード５３ｊに記憶されたデータの読み出しに使用される。フラッシュメモリカード５３ｊは、フラッシュメモリ（図示せず）を有しており、外部から電力を供給されなくても、データを保持することができるようになっている。また、フラッシュメモリカード５３ｊには、ＣＰＵ５３ａに実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記憶されている。
【００２３】
また、フラッシュメモリカード５３ｊには、例えばＴＲＯＮ仕様準拠のオペレーティングシステムがインストールされている。なお、オペレーティングシステムは、これに限定されるものではなく、例えば米マイクロソフト社が製造販売するＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）等のグラフィカルユーザインターフェース環境を提供するオペレーティングシステムであってもよい。以下の説明においては、本実施の形態に係るコンピュータプログラムは当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。
【００２４】
光源部入出力インタフェース５３ｄは、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェースから構成されている。光源部入出力インタフェース５３ｄは、光源部５１に設けられた４つの発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２と夫々電気信号線によって電気的に接続されており、かかる発光ダイオードの動作制御を行うことが可能である。かかる光源部入出力インタフェース５３ｄは、後述するようなコンピュータプログラムに基づいて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に与える電流を制御する。
【００２５】
フレームメモリ５３ｅは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって夫々構成されている。フレームメモリ５３ｅは、後述する画像入力インタフェース５３ｆが画像処理を実行するときに、データの格納用に利用される。
画像入力インタフェース５３ｆは、Ａ／Ｄ変換器を含むビデオデジタイズ回路（図示せず）を備えている。画像入力インタフェース５３ｆは、ＣＣＤカメラ５２ｃに電気信号線によって電気的に接続されており、当該ＣＣＤカメラ５２ｃから、画像信号が入力されるようになっている。ＣＣＤカメラ５２ｃから入力された画像信号は、画像入力インタフェース５３ｆでＡ／Ｄ変換される。このようにデジタル変換された画像データは、フレームメモリ５３ｅに格納されるようになっている。
【００２６】
入力インタフェース５３ｇは、Ａ／Ｄ変換器からなるアナログインタフェースから構成されている。入力インタフェース５３ｇには、電源/実行キー３８とメニューキー３９が電気的に接続されている。この構成により、使用者は、メニューキー３９を使用することにより、装置の動作項目の選択を行い、電源/実行キー３８を使用することにより、装置の電源のＯＮ/ＯＦＦ及び選択を行った動作を装置に実行させることが可能である。
【００２７】
通信インタフェース５３ｈは、例えばＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ２３２Ｃ等のシリアルインタフェース、又は、ＳＣＳＩ等のパラレルインタフェースから構成されている。制御部５３は、当該通信インタフェース５３ｈにより、所定の通信プロトコルを使用して、モバイルコンピュータ・携帯電話等の外部接続機器との間でデータの送受信が可能である。これにより、制御部５３は、かかる通信インタフェース５３ｈを介して、測定結果データを当該外部接続機器へ送信する。
【００２８】
画像出力インタフェース５３ｉは、表示部５４に電気的に接続されており、ＣＰＵ５３ａから与えられた画像データに基づいた映像信号を表示部５４に出力するようになっている。
【００２９】
次に、表示部５４について説明する。図２に示すように、表示部５４は、測定ユニット５の上部に設けられており、外側ケース３５に支持されている。この表示部５４は、液晶ディスプレイで構成されており、画像出力インタフェース５３ｉから入力された映像信号に従って画面表示を行う。この画面表示は、非侵襲生体計測装置１の状態に応じて切り替えられ、例えば、スタンバイ状態、血管位置合わせ時、測定終了状態に対応した画面が表示部５４に表示される。
【００３０】
図６は、非侵襲生体計測装置１がスタンバイ状態にある場合に表示される画面の一例を示す図である。非侵襲生体計測装置１がスタンバイ状態にある場合、表示部５４の画面中央には、日付・時刻が表示される。また、表示部５４の画面右下は、メニュー表示領域５４ａとなっており、電源/実行キー３８を押した場合の非侵襲生体計測装置１の動作が表示され、スタンバイ状態にある場合には「測定」と表示される。
【００３１】
図７は、血管位置合わせ時に表示される画面の一例を示す図である。本実施の形態に係る非侵襲生体計測装置１では、撮像部５２による撮像に適した領域を示す指標が表示部５４に表示されるとともに、血管画像が撮像に適した領域内に位置しているか否かを判定できるように構成されている。そして、血管の位置合わせを行う場合には、撮像画像とともに、後述するようにして形成される血管パターン６１と、赤色で示される指標線６２ａ、６２ｂとが表示される。また、この指標線６２ａ、６２ｂの周囲には、方向を示すマーク６３、６４、６５、６６が表示される。各マークは点灯可能であり、血管パターン６１が指標線６２ａ及び指標線６２ｂとの間の領域６２ｃ内に収まるように位置していない場合には、制御部５３によって、各マークが点灯し、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置するように装置本体３を移動させる方向を使用者に指示する。
【００３２】
ここで、各マークの点灯による装置本体３の移動について簡単に説明する。図７において、マーク６３とマーク６４とが点灯すると、使用者は、装置本体３を図７において右方向に移動させる必要があり、マーク６５とマーク６６とが点灯すると、使用者は、装置本体３を図７において左方向に移動させる必要がある。また、マーク６３とマーク６５とが点灯すると、使用者は、装置本体３を時計回りに回動させる必要があり、マーク６４とマーク６６とが点灯すると、使用者は、装置本体３を反時計回りに回動させる必要がある。例えば、図７に示されるように血管パターン６１が位置する場合、制御部５３は、マーク６３とマーク６５を点灯させ、使用者に装置本体３を時計周りに回動させるように促す。このような構成にすることにより、血管を撮像するのに適した領域に撮像部５２の位置調整を行う場合に、装置本体３をどちらに移動させればよいかを使用者が容易に把握できるので、撮像部５２の位置調整の作業が容易となる。
【００３３】
また、血管パターン６１が領域６２ｃ(図４)内に位置していない場合には、指標線６２ａ及び指標線６２ｂを赤色で表示し、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置する場合には、指標線６２ａ及び指標線６２ｂを青色で表示する。これにより、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置するか否かを使用者が容易に把握することができる。
このような血管位置合わせ時には、メニュー表示領域５４ａには、「続行」と表示され、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置した場合、指標線６２ａ、６２ｂとが青色で表示され、電源／実行キー３８が有効となり、使用者がこれを押すと測定が続行される。
【００３４】
図８は、非侵襲生体計測装置１による測定が終了した場合の画面の一例を示す図である。血液成分であるヘモグロビン濃度の測定結果は、「１５．６ｇ／ｄｌ」と、使用者に見易いようにデジタル表示で表示部５４に表示される。このとき、メニュー表示領域５４ａには、「確認」と表示される。
【００３５】
次に、非侵襲生体計測装置１の測定動作について説明する。図９は、非侵襲生体計測装置１による測定動作を示すフローチャートである。まず、図１に示されるように、使用者の腕部に加圧帯２、手首に非侵襲生体計測装置１が装着される。このとき、使用者の腕は、加圧帯２によって所定の圧力で加圧されて、手首周辺の血流が阻害され、手首の血管が膨張する。次に、使用者が、非侵襲生体計測装置１に設けられた電源/実行キー３８を押して、非侵襲生体計測装置１の電源を入れると、ソフトウェアの初期化が行われるとともに各部の動作チェックがおこなわれ(ステップＳ１)、装置はスタンバイ状態となり、表示部５４に図６に示されるスタンバイ状態のスタンバイ画面が表示される（ステップＳ２）。
【００３６】
スタンバイ状態の画面が表示部５４に表示されているときに、使用者によって電源/実行キー３８が押されると（ステップＳ３でＹｅｓ）、図７に示される位置決め画面が表示部５４に表示される（ステップＳ４）。このとき、ＣＰＵ５３ａは、光源部５１に設けられた発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２を夫々所定の光量で点灯させ、撮像領域ＣＲ（図４）を照明し、照明された撮像領域ＣＲを撮像する（ステップＳ５）。
【００３７】
図１０は、撮像領域ＣＲを含む長方形の領域を０≦ｘ≦６４０、０≦ｙ≦４８０の範囲でｘ、ｙの２次元の座標に座標分割した図である。ＣＰＵ５３ａは、図１０に示されるように、撮像領域ＣＲの画像を含む長方形の領域Ａの最も左上の画素の座標を（０、０）として、領域Ａをｘ、ｙの２次元の座標に座標分割し、座標分割した点の中から（２４０、６０）、（４００、６０）、（２４０、４２０）、（４００、４２０）の４点を選択し、この４点で囲んだ領域Ｂの平均輝度を求める（ステップＳ６）。なお、この平均輝度を求める領域Ｂの点は、これに限定されることはなく、他の座標でもよいことは言うまでもない。また、領域Ｂは、四角形以外の多角形、または円であってもよい。
【００３８】
次に、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの輝度が目標範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ７）。領域Ｂの輝度が目標範囲外である場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ８）、処理をステップＳ１に戻す。領域Ｂの輝度が目標範囲内であった場合には（ステップＳ７でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、後述する輝度プロファイルの算出対象のｙ座標値を初期値（４０）に設定する（ステップＳ９）。そして設定されたｙ座標値（４０）におけるｘ座標の端から端までの画素の輝度を求める。これにより、図１１に示されるように、所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）が求められる（ステップＳ１０）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、設定したｙ座標値が終値（４４０）であるかを判定する（ステップＳ１１）。ｙ座標値が終値（４４０）でない場合（ステップＳ１１でＮｏ）、ＣＰＵ５３ａは、ｙ座標値を所定値（２０）だけインクリメントし（ステップＳ１２）、ステップＳ１０に処理を戻す。ｙ座標値が終値（４４０）である場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、抽出された各輝度プロファイルの中で、最も輝度が低い点（以下、「輝度最下点」とする）を抽出し、フレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１３）。
【００３９】
図１２は、血管の位置を求める方法を示す説明図である。すなわち、図１２に示されるように、ＣＰＵ５３ａは、撮像領域ＣＲの画像の中心付近の輝度最下点 (ａ１，ｂ１)と、この輝度最下点(ａ１，ｂ１)の縦方向に隣り合った輝度最下点(ａ２，ｂ２)及び（ａ３，ｂ３）とをそれぞれ連結する。次に、ＣＰＵ５３ａは、輝度最下点(ａ２，ｂ２)と縦方向に隣り合った点とを連結し、また、輝度最下点（ａ３，ｂ３）と縦方向に隣り合った点とを連結する。ＣＰＵ５３ａは、この動作を画像の全領域において繰り返し、血管を線分列として抽出し、血管パターン６１を形成する（ステップＳ１４）。ＣＰＵ５３ａは、図７に示されるように、撮像した撮像領域ＣＲの画像を表示部５４に表示し、さらに、ステップＳ５によって形成された血管パターン６１と、フラッシュメモリカード５３ｊに記憶された指標線６２ａ及び指標線６２ｂ（図４）と、マーク６３、６４、６５及び６６とを表示する（ステップＳ１５）。そして、ＣＰＵ５３ａは、血管パターン６１が領域６２ｃ(図４)に位置しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置していない場合には（ステップＳ１６でＮｏ）、ＣＰＵ５３ａは、マーク６３、６４、６５、６６を夫々点灯させることにより、使用者が装置本体３を動かすべき方向を指示し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１に戻す。
【００４０】
血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置する場合は（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８を有効化して、測定を続行可能とする。このとき、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８が有効化されたことを、音を鳴らして使用者に知らせる（ステップＳ１８）。次に、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８からの入力を待機する（ステップＳ１９）。使用者により、電源／実行キー３８が押され、測定続行が指示されると（ステップＳ１９でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、ヘモグロビンの濃度測定を行い（ステップＳ２０）、測定結果を図８に示されるように表示部５４に表示する（ステップＳ２１）。
【００４１】
図１３は、図９に示されるフローチャートのステップＳ２０で実行されるヘモグロビン濃度の計測処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２によって撮像領域ＣＲ（図４）を照明し、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１０１）。次に、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ３と同様に、図１０に示される領域Ｂの平均輝度を求め、求めた領域Ｂの平均輝度が１５０を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。輝度が１５０を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ１０３）、処理をステップＳ１０１に戻す。
【００４２】
なお、ここでいう輝度の値は、本実施の形態においては、使用されている画像入力インタフェース５３ｆが有する８ビットのＡ／Ｄ変換器のデジタル変換値（０〜２５５まで変化する）のことである。これは、画像の輝度とＣＣＤカメラ５２ｃから入力された画像信号の大きさとは、比例関係にあるため、画像信号のＡ/Ｄ変換値（０〜２５５）を輝度の値としたためである。
【００４３】
領域Ｂの平均輝度が１５０を超える場合は（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａが、撮像領域ＣＲ（図４）中の軸ＡＸに対する、第１輝度分布を示す輝度プロファイル（位置Ｘに対する輝度Ｂの分布）ＰＦ(図１１)を作成し、高速フーリエ変換等の手法を用いてノイズ成分を減少させる。さらに、ＣＰＵ５３ａは、この輝度プロファイルＰＦをベースラインＢＬで規格化する。当該ベースラインＢＬは、血管による吸収部分の輝度プロファイルの形状を基に求める。このようにすることにより、入射光量に依存しない濃度プロファイル（位置Ｘに対する濃度Ｄの分布）ＮＰを得ることができる（ステップＳ１０４）。図１４は、位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図であり、図に示されるような濃度プロファイルＮＰが形成される。次に、ＣＰＵ５３ａは、形成された濃度プロファイルＮＰに基づいて、ピーク高さｈ及び半値幅ｗを算出する。ここで得たｈは計測対象の血管（血液）により吸収された光強度と組織部分を通過してきた光強度の比を表し、ｗは血管径に相当する長さを表す。さらに、ＣＰＵ５３ａは、次の算出式（１）により無修正ヘモグロビン濃度Ｄを算出し、結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する。（ステップＳ１０５）。
Ｄ＝ｈ／ｗｎ……（１）
ただし、ｎは、散乱による半値幅の広がりの非線形を表す定数である。光散乱のない場合は、ｎ＝１、散乱のある場合はｎ＞１である。
【００４４】
次に、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＲ１、Ｒ２によって、ステップＳ１０１で撮像した部位と同じ部位を適切な光量で照明し（ステップＳ１０６）、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１０７）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの平均輝度が１００を超えているか否かを判定し（ステップＳ１０８）、輝度が１００を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ１０９）、処理をステップＳ１０７に戻す。
【００４５】
領域Ｂの平均輝度が１００を超える場合は（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１０７によって得られた画像についてステップＳ１０４と同様の処理を行い、後述する輝度プロファイルＰＦ１及び入射光量に依存しない濃度プロファイルＮＰ１を得る（ステップＳ１１０）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＬ１、Ｌ２によって、ステップＳ１０１で撮像した部位と同じ部位を適切な光量で照明し（ステップＳ１１１）、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１１２）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの平均輝度が１００を超えているか否かを判定し（ステップＳ１１３）、輝度が１００を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＬ１、Ｌ２に流れる電流量を増加させ、これらの光量調整を行い（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１２に処理を戻す。
【００４６】
領域Ｂの平均輝度が１００を超える場合は（ステップＳ１１３でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａはステップＳ１１２によって得られた画像についてステップＳ１０４と同様の処理を行い、輝度プロファイルＰＦ２及び入射光量に依存しない濃度プロファイルＮＰ２を得る（ステップＳ１１５）。
【００４７】
図１５は、位置Ｘに対する輝度Ｂの分布を示す図であり、ステップＳ１１０により輝度プロファイルＰＦ１、ステップＳ１１５により輝度プロファイルＰＦ２が形成される。図１６は、位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図であり、ステップＳ１１０により濃度プロファイルＮＰ１、ステップＳ１１５により濃度プロファイルＮＰ２が形成される。
【００４８】
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１０により得られた濃度プロファイルＮＰ１からピーク高さｈ１及び重心座標ｃｇ１と、ステップＳ１１５により得られた濃度プロファイルＮＰ２からピーク高さｈ２及び重心座標ｇｃ２とをそれぞれ導出し、これらを用いて、次の算出式（２）により血管深さ指標Ｓを算出する。さらに、ＣＰＵ５３ａは、この算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１１６）。
Ｓ＝（ｃｇ２−ｃｇ１）／｛（ｈ１＋ｈ２）／２｝……（２）
【００４９】
次に、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１０１で得られた生体画像中の血管周辺組織像に基づいて、当該周辺組織中に含まれる血液量を表す組織血液量指標Ｍを算出する。具体的には、生体画像中の血管像から所定の距離（例えば、２．５ｍｍ）にある当該生体画像中の血管周辺組織像に基づいて、前記血管像に沿って分布する第２輝度分布を抽出する。生体画像には、目的とする血管だけでなく当該血管の周辺の組織も撮像されている。そして、組織中の血液量に比例して光が減衰することから、当該周辺組織の光の減衰率を算出することで、周辺組織中の血液量を推定することができる。
【００５０】
血管は撮像画像において略中央部分を上下（図３〜４において上下）に縦断するように位置することから、前記減衰率の算出には、当該血管と平行であり、血管から所定距離だけ離れた直線（例えば、図４における指標線６２ａ又は６２ｂ）上の、ないしは直線に沿った輝度分布（第２輝度分布）が用いられる。
血管の周辺組織は略均質であるとすると、光源からの光は指数関数に従って減衰するが、撮像領域ＣＲの上下（図３〜４において上下）に光源である発光ダイオードが配置されていることから、前記第２輝度分布は、互いに逆向きの指数関数を重ね合わせた放物線状の形状となる。図１７は、血管像に沿って分布する第２輝度分布の例を示す図である。図１７において、縦軸は輝度、横軸は撮像領域における周辺組織の血管像に沿った位置を示している。例えば、指標線６２ｂ（図４参照）上の第２輝度分布が測定されるとすると、横軸におけるｄ１及びｄ２は、図４に示されるように、前記指標線６２ｂが円形の撮像領域ＣＲと交差する点ｄ１、ｄ２に略対応する。
【００５１】
図１７において、放物線状の曲線ｍは実際に測定された輝度を表しており、指数関数ｎ及び指数関数ｏは、この曲線ｍを後述する方法により２つに分離した指数関数を表している。また、放物線状の曲線ｐは、前記指数関数ｎ及び指数関数ｏを理論上重ね合わせたものであり、実際の測定値と一致していることを示している。
放物線状の曲線ｍを２つの指数関数ｎ及び指数関数ｏに分離するには、まず、放物線状の曲線ｍのうち両端の飽和気味の部分を切り捨てて、実質的に放物線とみなすことができる部分だけを残す。残された部分の左端の輝度をｙ０、最も低い中央の輝度をｙ１とする。１ピクセル毎に、隣接するピクセルの輝度が（ｒ×１００）％になるとし、このｒを減衰率と定義する。
【００５２】
すると、前記残された部分の左端では、上部の発光ダイオードＲ１からの光は１００％、下部の発光ダイオードＲ２からの光は減衰率ｒのｗ乗に減衰されて届くことから、上部発光ダイオードＲ１の初期値Ｕ０及び下部発光ダイオードＲ２の初期値Ｄ０は、それぞれ次の式（３）、（４）で表すことができる。
Ｕ０＝ｙ０／（ｒ＋ｒｗ）……（３）
Ｄ０＝ｙ０／（ｒ＋ｒｗ）……（４）
また、中央では、上下の発光ダイオードからの光が、いずれもｒのｗ／２乗に減衰して届くことから、次の式（５）、（６）が成立する。
ｙ１＝２×Ｕ０×ｒｗ／２……（５）
ｙ１＝２×ｙ０／（ｒ＋ｒｗ）×ｒｗ／２……（６）
式（５）、（６）をｒについて解けば、減衰率ｒを求めることができる。ｒｗ／２＝Ｘとおくと、
ｙ１×Ｘ２−２ｙ０×Ｘ＋ｙ１＝０
となり、これより減衰率ｒは、
【００５３】
【数１】
【００５４】
となる。
【００５５】
特許文献１に記載されているような従来の方法では、遠近２箇所の専用光源と、この光源からの光を検出するフォトセンサを用い、近位側光源からフォトセンサに入射した光の光量をｖ１とし、遠位側光源からフォトセンサに入射した光の光量をｖ２とすると、前記組織血液量指標Ｍを、Ｍ＝ｌｏｇ（ｖ１／ｖ２）により求めている。
ここで、減衰率ｒの定義は、１ピクセル毎に、隣接するピクセルの輝度が（ｒ×１００）％になるということであるので、前記従来法における、近位側光源からフォトセンサまでの距離（ピクセル単位）をＬｎとし、遠位側光源からフォトセンサまでの距離（ピクセル単位）をＬｆとすると、遠位側光源については輝度がｒのＬｎ乗に減衰し、遠位側光源については輝度がｒのＬｆ乗に減衰することになるので、
Ｍ＝ｌｏｇ（Ｃ×ｒＬｎ）／（Ｃ×ｒＬｆ）
となり、前記ｖ１、ｖ２に代えて減衰率ｒを用いて組織血液量指標Ｍと同等の値が算出できることが分かる。なお、Ｃは前記近位側又は遠位側光源による初期光量値（組織による減衰のない光量値）である。
【００５６】
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１６で算出した血管深さ指標Ｓに基づいて補正計数ｆｓ、ステップＳ１１８で算出した組織血液量指標Ｍに基づいて補正係数ｆｍを導出し、これらを用いて、次の算出式（７）からなる補正ヘモグロビン濃度Ｄoを算出する（ステップＳ１１９）。
Ｄo＝Ｄ×ｆｓ×ｆｍ……（７）
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１９での算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶し（ステップＳ１２０）、主ルーチンに戻る。
【００５７】
図１８は、複数の被検者のヘモグロビン濃度について、血球計数装置などから得られた実測値と本発明の実施の形態にかかる非侵襲生体計測装置１による算出値とをプロットしたグラフである。図１８に示されるように、実測値と非侵襲生体計測装置１からの算出値とが傾き１の直線に近傍に存在しており、実測値と算出値とが乖離していないので、非侵襲生体計測装置１がヘモグロビン濃度を高精度で計測できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の非侵襲生体計測装置の一実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示される非侵襲生体計測装置の断面説明図である。
【図３】光源部の構成を示す平面図である。
【図４】保持板に設けられた発光ダイオードの位置関係を示す図である。
【図５】測定ユニットの構成を示すブロック図である。
【図６】非侵襲生体計測装置がスタンバイ状態にある場合の画面の一例を示す図である。
【図７】非侵襲生体計測装置が血管位置合わせ時に表示される画面の一例を示す図である。
【図８】非侵襲生体計測装置による測定が終了した場合の画面の一例を示す図である。
【図９】非侵襲生体計測装置による測定動作を示すフローチャートである。
【図１０】撮像領域ＣＲを含む長方形の領域を０≦ｘ≦６４０、０≦ｙ≦４８０の範囲でｘ、ｙの２次元の座標に座標分割した図である。
【図１１】所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）の一例を示す図である。
【図１２】血管の位置を求める方法を示す説明図である。
【図１３】図９に示すフローチャートのステップＳ１１で実行されるヘモグロビン濃度の計測処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図である。
【図１５】位置Ｘに対する輝度Ｂの分布を示す図である。
【図１６】位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図である。
【図１７】血管像に沿って分布する第２輝度分布の例を示す図である。
【図１８】複数の被検者のヘモグロビン濃度について、血球計数装置などから得られた実測値と本発明の実施の形態にかかる非侵襲生体計測装置１による算出値とをプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１ 非侵襲生体計測装置
２ 加圧帯
３ 装置本体
３５ 外側ケース
３５ａ ユニット保持部
３５ｃ、
３５ｄ 突出部
３７ 裏蓋
３７ａ、
３７ｂ 圧縮スプリング
３７ｃ 開口部
３８ 電源/実行キー
３９ メニューキー
４ 保持具
４１ 係合部材
４１ａ 係合部
４２ 支持台
４２ａ 内方突出部
４３ リストバンド
５ 測定ユニット
５１ 光源部
５１ａ 保持板
５１ｂ 開口部
ＡＺ 軸
ＡＹ 第１軸
ＡＸ 第２軸
５２ 撮像部
５２ａ レンズ
５２ｂ 鏡筒
５２ｃ ＣＣＤカメラ
５２ｄ 遮光筒
５３ 制御部
５３ａ ＣＰＵ
５３ｂ メインメモリ
５３ｃ フラッシュメモリカードリーダ
５３ｄ 光源部入出力インタフェース
５３ｅ フレームメモリ
５３ｆ 画像入力インタフェース
５３ｇ 入力インタフェース
５３ｈ 通信インタフェース
５３ｉ 画像出力インタフェース
５３ｊ フラッシュメモリカード
５４ 表示部
５４ａ メニュー表示領域
６１ 血管パターン
６２ａ、
６２ｂ 指標線
６３ｃ 領域
６３、６４、
６５、６６ マーク
Ｒ１、Ｒ２、
Ｌ１、Ｌ２発光ダイオード
ＣＲ 撮像領域
Ａ、Ｂ 領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体を撮像して得られた生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像手段を用いて生体を撮像し、生体画像中の血管を解析することにより、ヘモグロビン等の血液の成分を計測する非侵襲生体計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照)。この特許文献１記載の装置は、使用者の手首における血管（静脈）を照明する第１光源と、この第１光源によって照明された血管から光学情報を検出する第１受光部と、この光学情報に基づいて前記血管中を流れる血液成分を解析する解析部とを備えており、手首に装着するだけで使用者の血液成分を連続して計測することができる。
【０００３】
かかる特許文献１記載の装置を用いて血液成分を計測するに際し、血管の撮像が容易になるように、手首よりも心臓に近い使用者の腕部に加圧帯（カフ）を装着し、当該使用者の腕を所定の圧力で加圧して、手首周辺の血流を阻害し、手首の血管（静脈）を膨張させている。
【０００４】
ところで、カフにより生体を加圧すると、目的とする血管だけではなく当該血管の周辺組織における毛細血管もうっ血し、血液が溜まることから、計測値が実際の値よりも小さくなるという問題がある。すなわち、計測に際しては、血管を含む生体の撮像画像における血管部分の輝度と、その周辺部分の輝度との差に基づいて血液成分の量を求めているが、加圧により周辺組織がうっ血することで、前記輝度の差が小さくなってしまう。
そこで、特許文献１記載の装置では、前述した第１光源とは別に、血管周辺の周辺組織を照明する第２光源と、この第２光源によって照明された生体組織から光学情報を検出する第２受光部とを設け、生体組織からの光学情報に基づいて血液成分を補正している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４２８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の装置では、本来の測定対象である血管からの光学情報を得るための機構以外に、当該血管周辺の生体組織からの光学情報を得るための専用の光源と受光部とが必要であり、装置の構成が複雑になっていた。また、前記光学情報を取得、解析している間は生体の撮像を行うことができないことから、血液成分の解析に時間がかかっていた。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、構造を簡略化するとともに、短時間で血液成分の解析をすることができる非侵襲生体計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点に係る非侵襲生体計測装置は、生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
前記血管を含む生体を照明する光源部と、
照明された前記生体を撮像する撮像部と、
撮像して得られる生体画像中の血管像に基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出し、前記生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記算出された成分濃度を補正する解析部と
を備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の非侵襲生体計測装置では、血液成分の濃度を算出するために撮像する、血管を含む生体の画像中の血管周辺組織像に基づいて、血液成分濃度を補正しているので、前記血管周辺組織からの光学情報を得るための専用の光源及び受光部が不要となる。したがって、装置の構成を簡略化することができる。また、血管を含む生体の画像を用いて、血液成分の濃度を算出するとともに、算出された濃度の補正を行っていることから、装置の制御を簡素化することができ、これにより、血液成分の解析に要する時間を短縮することができる。
【００１０】
前記解析部を、前記生体画像中の血管を横切って分布する第１輝度分布を抽出する第１抽出手段と、当該生体画像中の血管像に沿って分布する第２輝度分布を抽出する第２抽出手段と、前記第１輝度分布に基づいて前記成分濃度を算出する成分濃度算出手段と、前記第２輝度分布に基づいて当該成分濃度を補正する補正手段とから構成することができる。
また、前記第２抽出手段を、前記生体画像中の血管像から所定の距離にある当該生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記第２輝度分布を抽出するように構成することができる。
さらに、前記補正手段を、前記第２輝度分布に基づいて当該輝度の減衰率を算出し、この算出された減衰率に基づいて前記成分濃度を補正するように構成することができる。
【００１１】
また、本発明の第２の観点に係る非侵襲生体計測装置は、生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
前記血管を含む生体を照明する光源部と、
照明された前記生体を撮像する撮像部と、
撮像して得られる生体画像中の血管像と、当該生体画像中の血管周辺組織像の輝度が減衰する減衰率とに基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出する解析部と
を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の非侵襲生体計測装置によれば、構造を簡略化するとともに、短時間で血液成分の解析をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の非侵襲生体計測装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る非侵襲生体計測装置１の概略構成を示す図である。この非侵襲生体計測装置１は、腕時計型の血液成分分析装置であり、装置本体３と保持具４とを備えている。装置本体３は、保持具４によって人間の手首に装着される。なお、装置本体３は保持具４によって手首の周方向に位置調整可能なように装着される。装置本体３の側面には、使用者が非侵襲生体計測装置１を操作するための電源/実行キー３８とメニューキー３９とが設けられている。また、手首よりも心臓に近い使用者の腕部には、加圧帯２（カフ）が装着される。加圧帯２は、使用者の腕を所定の圧力で加圧して、手首周辺の血流を阻害し、手首の血管（静脈）を膨張させる。このように加圧帯２で手首を加圧した状態で測定を行うことにより、血管の撮像が容易になる。
【００１４】
図２は、非侵襲生体計測装置１の構成を示す断面説明図である。装置本体３は、外側ケース３５と、外側ケース３５の裏側に配置された裏蓋３７と、裏蓋３７の下部に取り付けられた係合部材４１とを備えている。また、外側ケース３５の中央には、後述する計測ユニット５を収容するために円筒状のユニット保持部３５ａが形成されている。一方、裏蓋３７及び係合部材４１の中央には、ユニット保持部３５ａを受け入れるための空間部が形成されている。このユニット保持部３５ａの外壁の中間部からは、一対の突出部３５ｃ、３５ｄが水平方向に延びている。この突出部３５ｃと裏蓋３７との間及び突出部３５ｄと裏蓋３７との間は、それぞれ圧縮スプリング３７ａ、３７ｂによって接続されている。これら圧縮スプリング３７ａ、３７ｂにより、外側ケース３５は、裏蓋３７に向かって付勢される。また、係合部材４１の側面には、凹状に窪んだ係合部４１ａが形成されており、後述する支持台４２の内方突出部４２ａに係合可能になっている。
【００１５】
前記保持具４は、支持台４２とリストバンド４３とで構成されている。支持台４２は上面形状が長方形であり、その中央部には、装置本体３の係合部材４１を嵌着するための円形の開口部が形成されている。この開口部の端縁には、係合部材４１が軸ＡＺの周りに回動可能に係合される係合部４２ａが設けられている。支持台４２には、伸縮自在なゴム製のリストバンド４３が取り付けられている。なお、外側ケース３５および裏蓋３７は、光を透過させない材料で作製されている。
【００１６】
ユニット保持部３５ａには、測定ユニット５が支持されている。この測定ユニット５は、光源部５１と、撮像部５２と、制御部５３と、表示部５４とで構成されており、光源部５１、撮像部５２及び表示部５４と制御部５３とは、相互に電気信号のやり取りが可能なように配線コード、フラットケーブル（図示せず）等で接続されている。
【００１７】
次に、光源部５１について説明する。図３は、光源部５１の構成を示す平面図である。光源部５１は、円板状の保持板５１ａと、この保持板５１ａに保持された４つの発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２とから構成されている。保持板５１ａの中央には、撮像部５２へ入射する光を通過させる為の円形の開口部５１ｂが設けられており、この開口部５１ｂの周囲に沿って、前述した発光ダイオードが配置されている。
【００１８】
図４は、保持板５１ａに設けられた４つの発光ダイオードの位置関係を示す図である。発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２は、開口部５１ｂの中心を通り互いに直交する第１軸ＡＹと第２軸ＡＸにそれぞれ対称に配置されている。非侵襲生体計測装置１が手首に装着された状態において、手首表面の撮像領域ＣＲは、撮像部５２により撮像され、表示部５４に表示される領域である。発光ダイオードＬ１およびＬ２側の指標線６２ａと、発光ダイオードＲ１およびＲ２側の指標線６２ｂとの間の領域６２ｃが、撮像部５２による撮像に適した領域、即ち撮像の際に血管を位置させる領域である。なお、指標線６２ａおよび６２ｂは、制御部５３により、表示部５４に表示される。血液成分の分析を行う際には、手首の任意の血管が、前記領域６２ｃ内に位置するように装置本体３の装着位置を調整する。そして、血管は、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２によって、両側から近赤外光（中心波長＝８０５ｎｍ）で照明される。
【００１９】
次に、撮像部５２の構成について説明する。図２に示されるように、撮像部５２は、反射光の焦点を絞るためのレンズ５２ａと、レンズ５２ａを固定する鏡筒５２ｂと、画像を撮像するＣＣＤカメラ５２ｃとで構成されており、撮像領域ＣＲの画像を撮像することが可能である。レンズ５２ａ及び鏡筒５２ｂは、内部が黒色の円筒形の遮光筒５２ｄに挿入されている。ＣＣＤカメラ５２ｃは、結像した画像を撮像し画像信号として制御部５３に送信する。
【００２０】
次に、制御部５３の構成について説明する。制御部５３は、ＣＣＤカメラ５２ｃの上部に設けられている。図５は、測定ユニット５の構成を示すブロック図である。制御部５３は、ＣＰＵ５３ａと、メインメモリ５３ｂと、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃと、光源部入出力インタフェース５３ｄと、フレームメモリ５３ｅと、画像入力インタフェース５３ｆと、入力インタフェース５３ｇと、通信インタフェース５３ｈと、画像出力インタフェース５３ｉとを備えている。ＣＰＵ５３ａと、メインメモリ５３ｂ、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃ、光源部入出力インタフェース５３ｄ、フレームメモリ５３ｅ、画像入力インタフェース５３ｆ、入力インタフェース５３ｇ、通信インタフェース５３ｈ、及び画像出力インタフェース５３ｉとは、相互にデータ伝送が可能であるようにデータ伝送線を介して接続されている。この構成により、ＣＰＵ５３ａは、メインメモリ５３ｂ、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃ、及びフレームメモリ５３ｅに対するデータの読み出し、書込み、並びに、光源部入出力インタフェース５３ｄ、画像入力インタフェース５３ｆ、入力インタフェース５３ｇ、画像出力インタフェース５３ｉ、及び通信インタフェース５３ｈに対するデータの送受信が可能となる。
【００２１】
解析部であるＣＰＵ５３ａは、図示しないＲＯＭ及びメインメモリ５３ｂにロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、後述するようなコンピュータプログラムを当該ＣＰＵ５３ａが実行することにより、本装置が非侵襲生体計測装置として機能する。
メインメモリ５３ｂは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって構成されている。メインメモリ５３ｂは、図示しないＲＯＭ及びフラッシュメモリカード５３ｊに記憶されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、これらのコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ５３ａの作業領域として利用される。
【００２２】
フラッシュメモリカードリーダ５３ｃは、フラッシュメモリカード５３ｊに記憶されたデータの読み出しに使用される。フラッシュメモリカード５３ｊは、フラッシュメモリ（図示せず）を有しており、外部から電力を供給されなくても、データを保持することができるようになっている。また、フラッシュメモリカード５３ｊには、ＣＰＵ５３ａに実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記憶されている。
【００２３】
また、フラッシュメモリカード５３ｊには、例えばＴＲＯＮ仕様準拠のオペレーティングシステムがインストールされている。なお、オペレーティングシステムは、これに限定されるものではなく、例えば米マイクロソフト社が製造販売するＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）等のグラフィカルユーザインターフェース環境を提供するオペレーティングシステムであってもよい。以下の説明においては、本実施の形態に係るコンピュータプログラムは当該オペレーティングシステム上で動作するものとしている。
【００２４】
光源部入出力インタフェース５３ｄは、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェースから構成されている。光源部入出力インタフェース５３ｄは、光源部５１に設けられた４つの発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２と夫々電気信号線によって電気的に接続されており、かかる発光ダイオードの動作制御を行うことが可能である。かかる光源部入出力インタフェース５３ｄは、後述するようなコンピュータプログラムに基づいて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に与える電流を制御する。
【００２５】
フレームメモリ５３ｅは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって夫々構成されている。フレームメモリ５３ｅは、後述する画像入力インタフェース５３ｆが画像処理を実行するときに、データの格納用に利用される。
画像入力インタフェース５３ｆは、Ａ／Ｄ変換器を含むビデオデジタイズ回路（図示せず）を備えている。画像入力インタフェース５３ｆは、ＣＣＤカメラ５２ｃに電気信号線によって電気的に接続されており、当該ＣＣＤカメラ５２ｃから、画像信号が入力されるようになっている。ＣＣＤカメラ５２ｃから入力された画像信号は、画像入力インタフェース５３ｆでＡ／Ｄ変換される。このようにデジタル変換された画像データは、フレームメモリ５３ｅに格納されるようになっている。
【００２６】
入力インタフェース５３ｇは、Ａ／Ｄ変換器からなるアナログインタフェースから構成されている。入力インタフェース５３ｇには、電源/実行キー３８とメニューキー３９が電気的に接続されている。この構成により、使用者は、メニューキー３９を使用することにより、装置の動作項目の選択を行い、電源/実行キー３８を使用することにより、装置の電源のＯＮ/ＯＦＦ及び選択を行った動作を装置に実行させることが可能である。
【００２７】
通信インタフェース５３ｈは、例えばＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ２３２Ｃ等のシリアルインタフェース、又は、ＳＣＳＩ等のパラレルインタフェースから構成されている。制御部５３は、当該通信インタフェース５３ｈにより、所定の通信プロトコルを使用して、モバイルコンピュータ・携帯電話等の外部接続機器との間でデータの送受信が可能である。これにより、制御部５３は、かかる通信インタフェース５３ｈを介して、測定結果データを当該外部接続機器へ送信する。
【００２８】
画像出力インタフェース５３ｉは、表示部５４に電気的に接続されており、ＣＰＵ５３ａから与えられた画像データに基づいた映像信号を表示部５４に出力するようになっている。
【００２９】
次に、表示部５４について説明する。図２に示すように、表示部５４は、測定ユニット５の上部に設けられており、外側ケース３５に支持されている。この表示部５４は、液晶ディスプレイで構成されており、画像出力インタフェース５３ｉから入力された映像信号に従って画面表示を行う。この画面表示は、非侵襲生体計測装置１の状態に応じて切り替えられ、例えば、スタンバイ状態、血管位置合わせ時、測定終了状態に対応した画面が表示部５４に表示される。
【００３０】
図６は、非侵襲生体計測装置１がスタンバイ状態にある場合に表示される画面の一例を示す図である。非侵襲生体計測装置１がスタンバイ状態にある場合、表示部５４の画面中央には、日付・時刻が表示される。また、表示部５４の画面右下は、メニュー表示領域５４ａとなっており、電源/実行キー３８を押した場合の非侵襲生体計測装置１の動作が表示され、スタンバイ状態にある場合には「測定」と表示される。
【００３１】
図７は、血管位置合わせ時に表示される画面の一例を示す図である。本実施の形態に係る非侵襲生体計測装置１では、撮像部５２による撮像に適した領域を示す指標が表示部５４に表示されるとともに、血管画像が撮像に適した領域内に位置しているか否かを判定できるように構成されている。そして、血管の位置合わせを行う場合には、撮像画像とともに、後述するようにして形成される血管パターン６１と、赤色で示される指標線６２ａ、６２ｂとが表示される。また、この指標線６２ａ、６２ｂの周囲には、方向を示すマーク６３、６４、６５、６６が表示される。各マークは点灯可能であり、血管パターン６１が指標線６２ａ及び指標線６２ｂとの間の領域６２ｃ内に収まるように位置していない場合には、制御部５３によって、各マークが点灯し、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置するように装置本体３を移動させる方向を使用者に指示する。
【００３２】
ここで、各マークの点灯による装置本体３の移動について簡単に説明する。図７において、マーク６３とマーク６４とが点灯すると、使用者は、装置本体３を図７において右方向に移動させる必要があり、マーク６５とマーク６６とが点灯すると、使用者は、装置本体３を図７において左方向に移動させる必要がある。また、マーク６３とマーク６５とが点灯すると、使用者は、装置本体３を時計回りに回動させる必要があり、マーク６４とマーク６６とが点灯すると、使用者は、装置本体３を反時計回りに回動させる必要がある。例えば、図７に示されるように血管パターン６１が位置する場合、制御部５３は、マーク６３とマーク６５を点灯させ、使用者に装置本体３を時計周りに回動させるように促す。このような構成にすることにより、血管を撮像するのに適した領域に撮像部５２の位置調整を行う場合に、装置本体３をどちらに移動させればよいかを使用者が容易に把握できるので、撮像部５２の位置調整の作業が容易となる。
【００３３】
また、血管パターン６１が領域６２ｃ(図４)内に位置していない場合には、指標線６２ａ及び指標線６２ｂを赤色で表示し、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置する場合には、指標線６２ａ及び指標線６２ｂを青色で表示する。これにより、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置するか否かを使用者が容易に把握することができる。
このような血管位置合わせ時には、メニュー表示領域５４ａには、「続行」と表示され、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置した場合、指標線６２ａ、６２ｂとが青色で表示され、電源／実行キー３８が有効となり、使用者がこれを押すと測定が続行される。
【００３４】
図８は、非侵襲生体計測装置１による測定が終了した場合の画面の一例を示す図である。血液成分であるヘモグロビン濃度の測定結果は、「１５．６ｇ／ｄｌ」と、使用者に見易いようにデジタル表示で表示部５４に表示される。このとき、メニュー表示領域５４ａには、「確認」と表示される。
【００３５】
次に、非侵襲生体計測装置１の測定動作について説明する。図９は、非侵襲生体計測装置１による測定動作を示すフローチャートである。まず、図１に示されるように、使用者の腕部に加圧帯２、手首に非侵襲生体計測装置１が装着される。このとき、使用者の腕は、加圧帯２によって所定の圧力で加圧されて、手首周辺の血流が阻害され、手首の血管が膨張する。次に、使用者が、非侵襲生体計測装置１に設けられた電源/実行キー３８を押して、非侵襲生体計測装置１の電源を入れると、ソフトウェアの初期化が行われるとともに各部の動作チェックがおこなわれ(ステップＳ１)、装置はスタンバイ状態となり、表示部５４に図６に示されるスタンバイ状態のスタンバイ画面が表示される（ステップＳ２）。
【００３６】
スタンバイ状態の画面が表示部５４に表示されているときに、使用者によって電源/実行キー３８が押されると（ステップＳ３でＹｅｓ）、図７に示される位置決め画面が表示部５４に表示される（ステップＳ４）。このとき、ＣＰＵ５３ａは、光源部５１に設けられた発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２を夫々所定の光量で点灯させ、撮像領域ＣＲ（図４）を照明し、照明された撮像領域ＣＲを撮像する（ステップＳ５）。
【００３７】
図１０は、撮像領域ＣＲを含む長方形の領域を０≦ｘ≦６４０、０≦ｙ≦４８０の範囲でｘ、ｙの２次元の座標に座標分割した図である。ＣＰＵ５３ａは、図１０に示されるように、撮像領域ＣＲの画像を含む長方形の領域Ａの最も左上の画素の座標を（０、０）として、領域Ａをｘ、ｙの２次元の座標に座標分割し、座標分割した点の中から（２４０、６０）、（４００、６０）、（２４０、４２０）、（４００、４２０）の４点を選択し、この４点で囲んだ領域Ｂの平均輝度を求める（ステップＳ６）。なお、この平均輝度を求める領域Ｂの点は、これに限定されることはなく、他の座標でもよいことは言うまでもない。また、領域Ｂは、四角形以外の多角形、または円であってもよい。
【００３８】
次に、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの輝度が目標範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ７）。領域Ｂの輝度が目標範囲外である場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ８）、処理をステップＳ１に戻す。領域Ｂの輝度が目標範囲内であった場合には（ステップＳ７でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、後述する輝度プロファイルの算出対象のｙ座標値を初期値（４０）に設定する（ステップＳ９）。そして設定されたｙ座標値（４０）におけるｘ座標の端から端までの画素の輝度を求める。これにより、図１１に示されるように、所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）が求められる（ステップＳ１０）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、設定したｙ座標値が終値（４４０）であるかを判定する（ステップＳ１１）。ｙ座標値が終値（４４０）でない場合（ステップＳ１１でＮｏ）、ＣＰＵ５３ａは、ｙ座標値を所定値（２０）だけインクリメントし（ステップＳ１２）、ステップＳ１０に処理を戻す。ｙ座標値が終値（４４０）である場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、抽出された各輝度プロファイルの中で、最も輝度が低い点（以下、「輝度最下点」とする）を抽出し、フレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１３）。
【００３９】
図１２は、血管の位置を求める方法を示す説明図である。すなわち、図１２に示されるように、ＣＰＵ５３ａは、撮像領域ＣＲの画像の中心付近の輝度最下点 (ａ１，ｂ１)と、この輝度最下点(ａ１，ｂ１)の縦方向に隣り合った輝度最下点(ａ２，ｂ２)及び（ａ３，ｂ３）とをそれぞれ連結する。次に、ＣＰＵ５３ａは、輝度最下点(ａ２，ｂ２)と縦方向に隣り合った点とを連結し、また、輝度最下点（ａ３，ｂ３）と縦方向に隣り合った点とを連結する。ＣＰＵ５３ａは、この動作を画像の全領域において繰り返し、血管を線分列として抽出し、血管パターン６１を形成する（ステップＳ１４）。ＣＰＵ５３ａは、図７に示されるように、撮像した撮像領域ＣＲの画像を表示部５４に表示し、さらに、ステップＳ５によって形成された血管パターン６１と、フラッシュメモリカード５３ｊに記憶された指標線６２ａ及び指標線６２ｂ（図４）と、マーク６３、６４、６５及び６６とを表示する（ステップＳ１５）。そして、ＣＰＵ５３ａは、血管パターン６１が領域６２ｃ(図４)に位置しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置していない場合には（ステップＳ１６でＮｏ）、ＣＰＵ５３ａは、マーク６３、６４、６５、６６を夫々点灯させることにより、使用者が装置本体３を動かすべき方向を指示し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１に戻す。
【００４０】
血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置する場合は（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８を有効化して、測定を続行可能とする。このとき、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８が有効化されたことを、音を鳴らして使用者に知らせる（ステップＳ１８）。次に、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８からの入力を待機する（ステップＳ１９）。使用者により、電源／実行キー３８が押され、測定続行が指示されると（ステップＳ１９でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、ヘモグロビンの濃度測定を行い（ステップＳ２０）、測定結果を図８に示されるように表示部５４に表示する（ステップＳ２１）。
【００４１】
図１３は、図９に示されるフローチャートのステップＳ２０で実行されるヘモグロビン濃度の計測処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２によって撮像領域ＣＲ（図４）を照明し、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１０１）。次に、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ３と同様に、図１０に示される領域Ｂの平均輝度を求め、求めた領域Ｂの平均輝度が１５０を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。輝度が１５０を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ１０３）、処理をステップＳ１０１に戻す。
【００４２】
なお、ここでいう輝度の値は、本実施の形態においては、使用されている画像入力インタフェース５３ｆが有する８ビットのＡ／Ｄ変換器のデジタル変換値（０〜２５５まで変化する）のことである。これは、画像の輝度とＣＣＤカメラ５２ｃから入力された画像信号の大きさとは、比例関係にあるため、画像信号のＡ/Ｄ変換値（０〜２５５）を輝度の値としたためである。
【００４３】
領域Ｂの平均輝度が１５０を超える場合は（ステップＳ１０２でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａが、撮像領域ＣＲ（図４）中の軸ＡＸに対する、第１輝度分布を示す輝度プロファイル（位置Ｘに対する輝度Ｂの分布）ＰＦ(図１１)を作成し、高速フーリエ変換等の手法を用いてノイズ成分を減少させる。さらに、ＣＰＵ５３ａは、この輝度プロファイルＰＦをベースラインＢＬで規格化する。当該ベースラインＢＬは、血管による吸収部分の輝度プロファイルの形状を基に求める。このようにすることにより、入射光量に依存しない濃度プロファイル（位置Ｘに対する濃度Ｄの分布）ＮＰを得ることができる（ステップＳ１０４）。図１４は、位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図であり、図に示されるような濃度プロファイルＮＰが形成される。次に、ＣＰＵ５３ａは、形成された濃度プロファイルＮＰに基づいて、ピーク高さｈ及び半値幅ｗを算出する。ここで得たｈは計測対象の血管（血液）により吸収された光強度と組織部分を通過してきた光強度の比を表し、ｗは血管径に相当する長さを表す。さらに、ＣＰＵ５３ａは、次の算出式（１）により無修正ヘモグロビン濃度Ｄを算出し、結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する。（ステップＳ１０５）。
Ｄ＝ｈ／ｗｎ……（１）
ただし、ｎは、散乱による半値幅の広がりの非線形を表す定数である。光散乱のない場合は、ｎ＝１、散乱のある場合はｎ＞１である。
【００４４】
次に、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＲ１、Ｒ２によって、ステップＳ１０１で撮像した部位と同じ部位を適切な光量で照明し（ステップＳ１０６）、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１０７）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの平均輝度が１００を超えているか否かを判定し（ステップＳ１０８）、輝度が１００を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ１０９）、処理をステップＳ１０７に戻す。
【００４５】
領域Ｂの平均輝度が１００を超える場合は（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１０７によって得られた画像についてステップＳ１０４と同様の処理を行い、後述する輝度プロファイルＰＦ１及び入射光量に依存しない濃度プロファイルＮＰ１を得る（ステップＳ１１０）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、発光ダイオードＬ１、Ｌ２によって、ステップＳ１０１で撮像した部位と同じ部位を適切な光量で照明し（ステップＳ１１１）、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１１２）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの平均輝度が１００を超えているか否かを判定し（ステップＳ１１３）、輝度が１００を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＬ１、Ｌ２に流れる電流量を増加させ、これらの光量調整を行い（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１２に処理を戻す。
【００４６】
領域Ｂの平均輝度が１００を超える場合は（ステップＳ１１３でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａはステップＳ１１２によって得られた画像についてステップＳ１０４と同様の処理を行い、輝度プロファイルＰＦ２及び入射光量に依存しない濃度プロファイルＮＰ２を得る（ステップＳ１１５）。
【００４７】
図１５は、位置Ｘに対する輝度Ｂの分布を示す図であり、ステップＳ１１０により輝度プロファイルＰＦ１、ステップＳ１１５により輝度プロファイルＰＦ２が形成される。図１６は、位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図であり、ステップＳ１１０により濃度プロファイルＮＰ１、ステップＳ１１５により濃度プロファイルＮＰ２が形成される。
【００４８】
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１０により得られた濃度プロファイルＮＰ１からピーク高さｈ１及び重心座標ｃｇ１と、ステップＳ１１５により得られた濃度プロファイルＮＰ２からピーク高さｈ２及び重心座標ｇｃ２とをそれぞれ導出し、これらを用いて、次の算出式（２）により血管深さ指標Ｓを算出する。さらに、ＣＰＵ５３ａは、この算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１１６）。
Ｓ＝（ｃｇ２−ｃｇ１）／｛（ｈ１＋ｈ２）／２｝……（２）
【００４９】
次に、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１０１で得られた生体画像中の血管周辺組織像に基づいて、当該周辺組織中に含まれる血液量を表す組織血液量指標Ｍを算出する。具体的には、生体画像中の血管像から所定の距離（例えば、２．５ｍｍ）にある当該生体画像中の血管周辺組織像に基づいて、前記血管像に沿って分布する第２輝度分布を抽出する。生体画像には、目的とする血管だけでなく当該血管の周辺の組織も撮像されている。そして、組織中の血液量に比例して光が減衰することから、当該周辺組織の光の減衰率を算出することで、周辺組織中の血液量を推定することができる。
【００５０】
血管は撮像画像において略中央部分を上下（図３〜４において上下）に縦断するように位置することから、前記減衰率の算出には、当該血管と平行であり、血管から所定距離だけ離れた直線（例えば、図４における指標線６２ａ又は６２ｂ）上の、ないしは直線に沿った輝度分布（第２輝度分布）が用いられる。
血管の周辺組織は略均質であるとすると、光源からの光は指数関数に従って減衰するが、撮像領域ＣＲの上下（図３〜４において上下）に光源である発光ダイオードが配置されていることから、前記第２輝度分布は、互いに逆向きの指数関数を重ね合わせた放物線状の形状となる。図１７は、血管像に沿って分布する第２輝度分布の例を示す図である。図１７において、縦軸は輝度、横軸は撮像領域における周辺組織の血管像に沿った位置を示している。例えば、指標線６２ｂ（図４参照）上の第２輝度分布が測定されるとすると、横軸におけるｄ１及びｄ２は、図４に示されるように、前記指標線６２ｂが円形の撮像領域ＣＲと交差する点ｄ１、ｄ２に略対応する。
【００５１】
図１７において、放物線状の曲線ｍは実際に測定された輝度を表しており、指数関数ｎ及び指数関数ｏは、この曲線ｍを後述する方法により２つに分離した指数関数を表している。また、放物線状の曲線ｐは、前記指数関数ｎ及び指数関数ｏを理論上重ね合わせたものであり、実際の測定値と一致していることを示している。
放物線状の曲線ｍを２つの指数関数ｎ及び指数関数ｏに分離するには、まず、放物線状の曲線ｍのうち両端の飽和気味の部分を切り捨てて、実質的に放物線とみなすことができる部分だけを残す。残された部分の左端の輝度をｙ０、最も低い中央の輝度をｙ１とする。１ピクセル毎に、隣接するピクセルの輝度が（ｒ×１００）％になるとし、このｒを減衰率と定義する。
【００５２】
すると、前記残された部分の左端では、上部の発光ダイオードＲ１からの光は１００％、下部の発光ダイオードＲ２からの光は減衰率ｒのｗ乗に減衰されて届くことから、上部発光ダイオードＲ１の初期値Ｕ０及び下部発光ダイオードＲ２の初期値Ｄ０は、それぞれ次の式（３）、（４）で表すことができる。
Ｕ０＝ｙ０／（ｒ＋ｒｗ）……（３）
Ｄ０＝ｙ０／（ｒ＋ｒｗ）……（４）
また、中央では、上下の発光ダイオードからの光が、いずれもｒのｗ／２乗に減衰して届くことから、次の式（５）、（６）が成立する。
ｙ１＝２×Ｕ０×ｒｗ／２……（５）
ｙ１＝２×ｙ０／（ｒ＋ｒｗ）×ｒｗ／２……（６）
式（５）、（６）をｒについて解けば、減衰率ｒを求めることができる。ｒｗ／２＝Ｘとおくと、
ｙ１×Ｘ２−２ｙ０×Ｘ＋ｙ１＝０
となり、これより減衰率ｒは、
【００５３】
【数１】
【００５４】
となる。
【００５５】
特許文献１に記載されているような従来の方法では、遠近２箇所の専用光源と、この光源からの光を検出するフォトセンサを用い、近位側光源からフォトセンサに入射した光の光量をｖ１とし、遠位側光源からフォトセンサに入射した光の光量をｖ２とすると、前記組織血液量指標Ｍを、Ｍ＝ｌｏｇ（ｖ１／ｖ２）により求めている。
ここで、減衰率ｒの定義は、１ピクセル毎に、隣接するピクセルの輝度が（ｒ×１００）％になるということであるので、前記従来法における、近位側光源からフォトセンサまでの距離（ピクセル単位）をＬｎとし、遠位側光源からフォトセンサまでの距離（ピクセル単位）をＬｆとすると、遠位側光源については輝度がｒのＬｎ乗に減衰し、遠位側光源については輝度がｒのＬｆ乗に減衰することになるので、
Ｍ＝ｌｏｇ（Ｃ×ｒＬｎ）／（Ｃ×ｒＬｆ）
となり、前記ｖ１、ｖ２に代えて減衰率ｒを用いて組織血液量指標Ｍと同等の値が算出できることが分かる。なお、Ｃは前記近位側又は遠位側光源による初期光量値（組織による減衰のない光量値）である。
【００５６】
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１６で算出した血管深さ指標Ｓに基づいて補正計数ｆｓ、ステップＳ１１８で算出した組織血液量指標Ｍに基づいて補正係数ｆｍを導出し、これらを用いて、次の算出式（７）からなる補正ヘモグロビン濃度Ｄoを算出する（ステップＳ１１９）。
Ｄo＝Ｄ×ｆｓ×ｆｍ……（７）
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１９での算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶し（ステップＳ１２０）、主ルーチンに戻る。
【００５７】
図１８は、複数の被検者のヘモグロビン濃度について、血球計数装置などから得られた実測値と本発明の実施の形態にかかる非侵襲生体計測装置１による算出値とをプロットしたグラフである。図１８に示されるように、実測値と非侵襲生体計測装置１からの算出値とが傾き１の直線に近傍に存在しており、実測値と算出値とが乖離していないので、非侵襲生体計測装置１がヘモグロビン濃度を高精度で計測できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の非侵襲生体計測装置の一実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示される非侵襲生体計測装置の断面説明図である。
【図３】光源部の構成を示す平面図である。
【図４】保持板に設けられた発光ダイオードの位置関係を示す図である。
【図５】測定ユニットの構成を示すブロック図である。
【図６】非侵襲生体計測装置がスタンバイ状態にある場合の画面の一例を示す図である。
【図７】非侵襲生体計測装置が血管位置合わせ時に表示される画面の一例を示す図である。
【図８】非侵襲生体計測装置による測定が終了した場合の画面の一例を示す図である。
【図９】非侵襲生体計測装置による測定動作を示すフローチャートである。
【図１０】撮像領域ＣＲを含む長方形の領域を０≦ｘ≦６４０、０≦ｙ≦４８０の範囲でｘ、ｙの２次元の座標に座標分割した図である。
【図１１】所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）の一例を示す図である。
【図１２】血管の位置を求める方法を示す説明図である。
【図１３】図９に示すフローチャートのステップＳ１１で実行されるヘモグロビン濃度の計測処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図である。
【図１５】位置Ｘに対する輝度Ｂの分布を示す図である。
【図１６】位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図である。
【図１７】血管像に沿って分布する第２輝度分布の例を示す図である。
【図１８】複数の被検者のヘモグロビン濃度について、血球計数装置などから得られた実測値と本発明の実施の形態にかかる非侵襲生体計測装置１による算出値とをプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１ 非侵襲生体計測装置
２ 加圧帯
３ 装置本体
３５ 外側ケース
３５ａ ユニット保持部
３５ｃ、
３５ｄ 突出部
３７ 裏蓋
３７ａ、
３７ｂ 圧縮スプリング
３７ｃ 開口部
３８ 電源/実行キー
３９ メニューキー
４ 保持具
４１ 係合部材
４１ａ 係合部
４２ 支持台
４２ａ 内方突出部
４３ リストバンド
５ 測定ユニット
５１ 光源部
５１ａ 保持板
５１ｂ 開口部
ＡＺ 軸
ＡＹ 第１軸
ＡＸ 第２軸
５２ 撮像部
５２ａ レンズ
５２ｂ 鏡筒
５２ｃ ＣＣＤカメラ
５２ｄ 遮光筒
５３ 制御部
５３ａ ＣＰＵ
５３ｂ メインメモリ
５３ｃ フラッシュメモリカードリーダ
５３ｄ 光源部入出力インタフェース
５３ｅ フレームメモリ
５３ｆ 画像入力インタフェース
５３ｇ 入力インタフェース
５３ｈ 通信インタフェース
５３ｉ 画像出力インタフェース
５３ｊ フラッシュメモリカード
５４ 表示部
５４ａ メニュー表示領域
６１ 血管パターン
６２ａ、
６２ｂ 指標線
６３ｃ 領域
６３、６４、
６５、６６ マーク
Ｒ１、Ｒ２、
Ｌ１、Ｌ２発光ダイオード
ＣＲ 撮像領域
Ａ、Ｂ 領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
前記血管を含む生体を照明する光源部と、
照明された前記生体を撮像する撮像部と、
撮像して得られる生体画像中の血管像に基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出し、前記生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記算出された成分濃度を補正する解析部と、
を備えたことを特徴とする非侵襲生体計測装置。
【請求項２】
前記解析部が、前記生体画像中の血管像を横切って分布する第１輝度分布を抽出する第１抽出手段と、当該生体画像中の血管像に沿って分布する第２輝度分布を抽出する第２抽出手段と、前記第１輝度分布に基づいて前記成分濃度を算出する成分濃度算出手段と、前記第２輝度分布に基づいて当該成分濃度を補正する補正手段と、を備える請求項１に記載の非侵襲生体計測装置。
【請求項３】
前記第２抽出手段が、前記生体画像中の血管像から所定の距離にある当該生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記第２輝度分布を抽出するように構成されている請求項２に記載の非侵襲生体計測装置。
【請求項４】
前記補正手段が、前記第２輝度分布に基づいて当該輝度の減衰率を算出し、この算出された減衰率に基づいて前記成分濃度を補正するように構成されている請求項２又は３に記載の非侵襲生体計測装置。
【請求項５】
生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
前記血管を含む生体を照明する光源部と、
照明された前記生体を撮像する撮像部と、
撮像して得られる生体画像中の血管像と、当該生体画像中の血管周辺組織像の輝度が減衰する減衰率とに基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出する解析部と
を備えたことを特徴とする非侵襲生体計測装置。
【請求項１】
生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
前記血管を含む生体を照明する光源部と、
照明された前記生体を撮像する撮像部と、
撮像して得られる生体画像中の血管像に基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出し、前記生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記算出された成分濃度を補正する解析部と、
を備えたことを特徴とする非侵襲生体計測装置。
【請求項２】
前記解析部が、前記生体画像中の血管像を横切って分布する第１輝度分布を抽出する第１抽出手段と、当該生体画像中の血管像に沿って分布する第２輝度分布を抽出する第２抽出手段と、前記第１輝度分布に基づいて前記成分濃度を算出する成分濃度算出手段と、前記第２輝度分布に基づいて当該成分濃度を補正する補正手段と、を備える請求項１に記載の非侵襲生体計測装置。
【請求項３】
前記第２抽出手段が、前記生体画像中の血管像から所定の距離にある当該生体画像中の血管周辺組織像に基づいて前記第２輝度分布を抽出するように構成されている請求項２に記載の非侵襲生体計測装置。
【請求項４】
前記補正手段が、前記第２輝度分布に基づいて当該輝度の減衰率を算出し、この算出された減衰率に基づいて前記成分濃度を補正するように構成されている請求項２又は３に記載の非侵襲生体計測装置。
【請求項５】
生体を撮像して得られる生体画像中の血管を解析することにより、血液に含まれる成分を計測する非侵襲生体計測装置であって、
前記血管を含む生体を照明する光源部と、
照明された前記生体を撮像する撮像部と、
撮像して得られる生体画像中の血管像と、当該生体画像中の血管周辺組織像の輝度が減衰する減衰率とに基づいて血液に含まれる成分の濃度を算出する解析部と
を備えたことを特徴とする非侵襲生体計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
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【図１８】
【公開番号】特開２００８−８６４４９（Ｐ２００８−８６４４９Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６８９３０（Ｐ２００６−２６８９３０）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（３９００１４９６０）シスメックス株式会社 (810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（３９００１４９６０）シスメックス株式会社 (810)
【Ｆターム（参考）】
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