特開 2022-96139 生体情報測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022096139

(43)【公開日】2022-06-29

(54)【発明の名称】生体情報測定装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/01 20060101AFI20220622BHJP

   A61B 5/02 20060101ALI20220622BHJP

   A61B 5/022 20060101ALI20220622BHJP

   G01J 5/06 20220101ALI20220622BHJP

【ＦＩ】

A61B5/01 350

A61B5/02 310A

A61B5/022 J

A61B5/022 400F

G01J5/10 B

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020209067

(22)【出願日】2020-12-17

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】595008227

【氏名又は名称】近藤 針次

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】特許業務法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 針次

【テーマコード（参考）】

2G066

4C017

4C117

【Ｆターム（参考）】

2G066AC13

2G066BA01

2G066BB11

2G066BB20

2G066BC11

2G066CA11

2G066CA15

2G066CA16

4C017AA08

4C017AA09

4C017AA16

4C017AB01

4C017AC13

4C017AC28

4C017AD01

4C017BC11

4C017BD05

4C017CC01

4C017DE05

4C117XB01

4C117XD13

4C117XE14

4C117XE15

4C117XE23

4C117XE33

4C117XE48

4C117XE52

4C117XG01

4C117XJ13

4C117XJ16

4C117XJ24

4C117XJ48

(57)【要約】      （修正有）

【課題】検出素子から被測定物までの距離が数ｍと大きくても、高精度な赤外線の検出が可能な生体情報測定装置を提供する。
【解決手段】生体情報測定装置２０は、被験者Ｂが発する赤外線を検出する焦電センサ３０と、焦電センサ３０から被験者Ｂまでの距離Ｌを検出する測距センサ４０と、被験者Ｂの周囲温度Ｔｃを検出する周囲温度センサ５０と、制御部６０と、を含み、制御部６０は、測距センサ４０が検出した距離Ｌと、周囲温度Ｔｃと、に基づき、焦電センサ３０の検出値を補正して、被験者Ｂの生体情報を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験者の生体情報を非接触で測定する生体情報測定装置であって
前記被験者が発する赤外線を検出する焦電センサと、
前記焦電センサから前記被験者までの距離を検出する測距センサと、
前記被験者の周囲温度を検出する周囲温度センサと、
制御部と、を含み、
前記制御部は、前記測距センサが検出した距離と、前記周囲温度と、に基づき、前記焦電センサの検出値を補正して、被験者の生体情報を算出する、生体情報測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の生体情報測定装置であって、
前記生体情報は、前記被験者の体温である、生体情報測定装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の生体情報測定装置であって、
前記生体情報は、前記被験者の容積脈波である、生体情報測定装置。

【請求項4】

請求項３に記載の生体情報測定装置であって、
前記被験者の血管を圧迫するためのカフと、
前記カフによって圧迫された部分から圧脈波を検出するカフ圧センサと、を含み、
前記カフ圧センサから得られる圧脈波及び前記容積脈波に基づいて前記被験者の血圧を算出する、生体情報測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体情報測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被測定物が発する赤外線を非接触で検出して、被測定物の温度を測定する技術として、検出素子にサーモパイルを用いた赤外線放射温度計が知られている（特許文献１）。サーモパイルは、熱電対を直列又は並列に多数接続したものであり、被測定物が発する赤外線を各熱電対が検出して、起電力を発生する。この起電力に基づき、被測定物の温度を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－２２７８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

サーモパイルを用いた赤外線放射温度計は、生体情報の一つである温度（体温）を非接触で測定できるものの、検出素子（サーモパイル）と被測定物との距離が数ｃｍ以下でなければ実用上十分な精度が得られない。また、検出素子自体の温度よりも被測定物の温度が低いと、温度測定の精度が低下してしまう。例えば周囲温度が４０°Ｃを超えるような環境で、人間の体温を測定する場合には正確な温度測定が困難であるという問題があった。

【0005】

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、検出素子から被測定物までの距離が数ｍと大きくても、高精度な赤外線の検出が可能な生体情報測定装置を提供することを目的とする。また、被測定物と周囲温度の温度の高低に関わらず、高精度な赤外線の検出が可能な生体情報測定装置を提供することをさらなる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書によって開示される技術は、被験者の生体情報を非接触で測定する生体情報測定装置であって、前記被験者が発する赤外線を検出する焦電センサと、前記焦電センサから前記被験者までの距離を検出する測距センサと、前記被験者の周囲温度を検出する温度センサと、制御部と、を含み、前記制御部は、前記測距センサが検出した距離と、前記周囲温度と、に基づき、前記焦電センサの検出値を補正して、前記被験者の生体情報を算出する。

【0007】

被験者が焦電センサの検出範囲に入ると、被験者の温度が周囲温度よりも高ければ焦電センサの起電力が上昇し、逆に被験者の温度が周囲温度よりも低ければ起電力は下降する。さらに、起電力の変化量は、周囲温度と被験者の温度差に依存する。また、赤外線は、伝搬する距離に依存して減衰する。そのため、焦電センサから被験者までの距離が離れると、焦電センサの起電力の変化量も低下する。

【0008】

このような構成の生体情報測定装置では、焦電センサの起電力に、測距センサが検出した距離と、周囲温度を用いた補正を行うことで、距離に起因する減衰の影響を取り除くことができる。これにより、被験者が発する赤外線に含まれる被験者の生体情報を、非接触かつ高精度に測定できる。また、焦電センサを用いることで、起電力の上昇または下降のいずれの変化でも検出できる。これにより、周囲温度と被験者の温度のどちらが高温であっても、被験者が発する赤外線を検出できるため、焦電センサの起電力に基づき被験者の生体情報を算出できる。

【0009】

また、上記構成において、前記生体情報は、前記被験者の体温であってもよい。被験者は体温（表面温度）に応じた赤外線を表面から放射している。その赤外線を焦電センサで検出して、距離及び周囲温度に基づく補正を行うと、被験者の体温を非接触で算出できる。

【0010】

また、上記構成において、前記生体情報は、前記被験者の容積脈波であってもよい。被験者の心臓が拍動すると、血管内の血流が変化し、血管の容積が変化する。血管の容積変化である容積脈波は、被験者が発する赤外線の変化として表れる。被験者が発する赤外線を焦電センサで検出して、距離及び周囲温度に基づく補正を行うと、被験者の容積脈波を算出できる。また、容積脈波から、血圧、心拍、呼吸を算出できる。

【0011】

また、上記構成において、生体情報測定装置は、前記被験者の血管を圧迫するためのカフと、前記カフによって圧迫された部分から圧脈波を検出するカフ圧センサと、を含んでいてもよい。カフ圧センサによって検出された圧脈波を用いて容積脈波をキャリブレーションすると、被験者の血圧をより高精度に算出することができる。

【発明の効果】

【0012】

本明細書によって開示される技術によれば、焦電センサの起電力に対し、距離及び周囲温度に基づく補正を行うことで、生体情報の測定を、非接触かつ高精度に行うことができる。また、被験者の温度と周囲温度のいずれが高い場合でも、起電力を補正して、非接触かつ高精度な生体情報の測定をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１に係る温度測定装置のブロック図

【図2】実施形態１に係る温度測定装置の全体斜視図

【図3】温度測定及び補正処理のフローチャート

【図4】距離Ｌと起電力の変化量ΔＶｐとの関係を示すグラフ

【図5】実施形態２に係る生体情報測定装置のブロック図

【図6】カフによる血圧測定を示す図

【図7】距離Ｌと容積脈波Ｐｖ１の関係を示すグラフ

【図8】基準脈波面積を示す図

【図9】血圧算出処理のフローチャート

【図10】カフ圧と圧脈波とを示す波形図

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜実施形態１＞
１．概要説明
本発明の一実施形態である温度測定装置２０（「生体情報測定装置」の一例）を図１から図４を用いて説明する。実施形態１では、図１のブロック図に示す構成の温度測定装置２０を用いた、温度測定ユニット１０を例示して説明する。ここでいう「温度」とは、後述するように被験者Ｂの体温であり、生体情報の一例である。図２に示す温度測定ユニット１０は、ポータブル型の放射温度計である。温度測定ユニット１０は、温度測定部１１、表示部１２、操作部１３、測定開始スイッチ１４、グリップ部１５をそれぞれ有している。

【0015】

図２に示すように、温度測定ユニット１０は、上下方向に伸びる柱状のグリップ部１５と、グリップ部１５の上端から水平方向に伸びる温度測定部１１からなり、全体としてＬ字型になっている。グリップ部１５は、温度測定ユニット１０を操作するオペレータが被験者Ｂの体温Ｔｂを測定するときに把持する、持ち手となる部分である。グリップ部１５には、測定開始スイッチ１４が配設されている。オペレータが測定開始スイッチ１４を押下すると、後述する各センサ３０等による赤外線等の検出が開始される。

【0016】

表示部１２は、液晶表示パネルその他の表示装置からなり、測定結果である被験者Ｂの体温や、被験者Ｂまでの距離Ｌ等を表示する。表示部１２は、測定結果が事前に入力した任意の閾値よりも高い、又は低い場合や、温度測定ユニットを駆動するための電源電圧が低下した場合に、警告表示をすることもできる。

【0017】

操作部１３は、温度測定ユニット１０の主電源をＯＮ／ＯＦＦするスイッチや、閾値の設定等その他の操作に用いられるスイッチである。

【0018】

温度測定部１１には、後述する各センサの測定範囲が温度測定部１１の延出方向と同じ水平方向を向くような姿勢で、温度測定装置２０が内蔵されている。温度測定装置２０は、図１に示すように、焦電センサ３０、測距センサ４０、周囲温度センサ５０、制御部６０を有している。

【0019】

測距センサ４０は、焦電センサ３０及び周囲温度センサ５０と並んで被験者Ｂに向けて配されており、レーザ光を発する送信部４１及び、被験者Ｂの表面で反射したレーザ光を受信する受信部４２を有している。送信部４１は、その内部にレーザダイオード等の光源を有しており、光源が発するパルスレーザを被験者Ｂに向けて送信する。受信部４２は、フォトダイオード等の受光素子であり、被験者Ｂで反射した反射波を受信し、パルスレーザを発信してから受信するまでの時間差を測定する。そして、パルスレーザを送信してから受信するまでの時間差の１／２に、測定環境における気温、気圧、湿度を考慮した光速を乗じると、測距センサ４０から被験者Ｂまでの距離Ｌが求まる。このようにして、測距センサ４０は距離Ｌを検出し、検出結果を制御部６０に出力する。

【0020】

ここで、後述の制御部６０で実行される補正処理に必要な測定値は、焦電センサ３０から被験者Ｂまでの距離であり、測距センサ４０から被験者Ｂまでの距離Ｌではない。しかし、本実施形態では、焦電センサ３０は測距センサ４０の近傍に並べて配されており、両センサ間の距離はＬに比べて無視できるほど小さいといえるため、焦電センサ３０から被験者Ｂまでの距離をＬとして取り扱うことに支障はない。しかし、両センサ間の距離が距離Ｌと比べて無視できないほど大きな場合は、両センサと被験者Ｂの位置関係を考慮しなければならないことに留意する。

【0021】

周囲温度センサ５０は、サーミスタ５１を利用した温度センサである。サーミスタ５１は、温度変化に応じて抵抗値が変化する特性を有する材料からなる。サーミスタ５１の抵抗値は温度から一義的に定まるため、サーミスタ５１の抵抗値を測定することにより、サーミスタの温度を求めることができる。本実施形態に係る周囲温度センサ５０のサーミスタ５１は、温度測定ユニット１０の内部に配され、焦電センサ３０が存在する空間の温度（周囲温度Ｔｃ）を測定できるようになっている。周囲温度センサ５０は、測定結果である周囲温度Ｔｃを制御部６０に出力する。

【0022】

焦電センサ３０は、熱源である被験者Ｂが発する赤外線を検出して起電力を発生するパッシブ型のセンサである。焦電センサ３０は、被験者Ｂに向けられる受信部３１と、本体部３２と、を有している。受信部３１はフレネルレンズであり、測定範囲Ｒの物体が発する赤外線を集光して、本体部３２内に配される検出素子（図示しない）に入射させる。検出素子としては、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の強誘電体セラミックスが用いられている。赤外線が検出素子に到達すると、検出素子の表面に電荷が誘起され、入射する赤外線のエネルギー量に応じた起電力Ｖ０が発生する。入射する赤外線のエネルギーが大きければ、起電力Ｖ０も大きくなる。

【0023】

この起電力Ｖ０は非常に小さい値であるため、本体部３２に内蔵されているＦＥＴ等（図示しない）により起電力Ｖ０は増幅され、焦電センサ３０が出力する値は起電力Ｖｐとなる。焦電センサ３０は、起電力Ｖｐを制御部６０に出力する。

【0024】

制御部６０は、マイクロコンピュータであり、記憶部６１及び演算部６２を有している。記憶部６１には、上述した各センサ（焦電センサ３０、測距センサ４０、周囲温度センサ５０）が出力する値や、操作部１３に入力される操作内容が一時記憶される。演算部６２は、これらの値や操作内容に基づき演算処理を行い、その結果を表示部１２に出力する。制御部６０には、少なくとも、各センサがそれぞれ検出した検出値である、「焦電センサ３０から被験者Ｂまでの距離Ｌ」、「周囲温度Ｔｃ」、「焦電センサ３０の起電力Ｖｐ」が入力される。本実施形態に係る温度測定ユニット１０では、これらの３つの値（Ｌ、Ｔｃ、Ｖｐ）に基づいて、制御部６０において補正を行い、被験者Ｂの体温Ｔｂを求める。以下、制御部６０において行われる補正の原理及び具体的なフローについて説明する。

【0025】

２．補正の原理
焦電センサ３０は、受信部３１に入射する赤外線を検出して、赤外線の強度に比例した起電力Ｖｐを発生する赤外線センサである。そのため、焦電センサ３０の周囲温度Ｔｃのとき、測定範囲ＲにＴｃとは異なる温度Ｔｂの被験者Ｂが入ると、起電力Ｖｐは変化する。次に、周囲温度Ｔｃ、体温Ｔｂ、起電力Ｖｐの関係について述べる。

【0026】

被験者Ｂの体温Ｔｂの測定を開始する前、つまり、焦電センサ３０で測定している温度が周囲温度Ｔｃと同じ温度のときの起電力Ｖｐを、基準起電力Ｖｐ０とする。基準起電力Ｖｐ０は周囲温度Ｔｃに比例する値である。また、被験者Ｂが測定範囲Ｒに入った後の起電力（つまり被験者Ｂの体温Ｔｂ測定時の起電力）をＶｐ１とする。起電力の変化量ΔＶｐは、下記式（１）で表される。
ΔＶｐ＝｜Ｖｐ１－Ｖｐ０｜・・・（１）

【0027】

距離Ｌが一定のときは、周囲温度Ｔｃが０℃から５０℃の範囲内において異なる値をとる場合でも、被験者Ｂの体温Ｔｂを測定した焦電センサ３０は、体温Ｔｂに比例する起電力Ｖｐ１を発生する。つまり、被験者Ｂの赤外線を検出したときの起電力Ｖｐ１は、周囲温度Ｔｃの影響をほとんど受けず、体温Ｔｂに比例する値となる。例えば、距離Ｌが一定で、体温Ｔｂ＝３６℃の場合に、周囲温度Ｔｃが０℃であっても５０℃であっても、焦電センサ３０の起電力Ｖｐ１は略同じ値になる。

【0028】

以上のことから、周囲温度Ｔｃが体温Ｔｂより低い場合（Ｔｃ＜Ｔｂ）、焦電センサ３０の起電力の変化量ΔＶｐは、体温Ｔｂと周囲温度Ｔｃとの差（Ｔｂ－Ｔｃ）に比例して上昇する。一方、周囲温度Ｔｃが体温Ｔｂより高い場合（Ｔｃ＞Ｔｂ）、焦電センサ３０の起電力の変化量ΔＶｐは、Ｔｃ－Ｔｂに比例して下降する。なお、周囲温度Ｔｃと体温Ｔｂが同じ場合は、起電力Ｖｐは変化せず、ΔＶｐ＝０である。

【0029】

次に、起電力Ｖｐと、距離Ｌとの関係について述べる。本実施形態に係る温度測定ユニット１０では、焦電センサ３０から被験者Ｂまでの距離を測距センサ４０で測定し、距離Ｌとしている。焦電センサ３０が受信する赤外線は、熱源である被験者Ｂとの距離Ｌが増大するにつれて減衰するため、焦電センサ３０の起電力Ｖｐは、距離Ｌの値により変動する。そのため、起電力Ｖｐの変化量ΔＶｐから被験者Ｂの体温Ｔｂを求めるには、距離Ｌに基づく減衰の影響を考慮した補正を行う必要がある。

【0030】

ここで、減衰の影響を除外した標準起電力Ｅを規定する。標準起電力Ｅは、焦電センサ３０と被測定物の距離が０のときに測定される起電力Ｖｐであり、温度Ｔに比例する値である。減衰率は距離の関数ｆ（Ｌ）である。被測定物の温度がＴ、距離Ｌが０のときの標準起電力Ｅに、減衰の影響として減衰率ｆ（Ｌ）を乗じると、減衰後の起電力Ｖｐが得られるとすると、ＥとＶｐの関係は、式（２）のように表される。式（２´）は、式（２）を変形したものである。
Ｖｐ＝Ｅ×ｆ（Ｌ）・・・（２）
ｆ（Ｌ）＝Ｖｐ／Ｅ・・・（２´）

【0031】

体温Ｔｂを測定する前、つまり周囲温度Ｔｃを測定しているときの標準起電力をＥ０、体温Ｔｂを測定しているときの標準起電力をＥ１、標準起電力の変化量ΔＥ＝Ｅ１－Ｅ０とする。式（１）及び式（２´）から式（３）が得られる。式（３）を変形したものが式（３´）である。
ｆ（Ｌ）＝ΔＶｐ／ΔＥ・・・（３）
ΔＥ＝ΔＶｐ／ｆ（Ｌ）・・・（３´）

【0032】

横軸を距離Ｌ［ｃｍ］、縦軸を減衰率ｆ（Ｌ）＝ΔＶｐ／ΔＥとして、減衰率ｆ（Ｌ）を実験により求めたグラフを図４に示す。体温Ｔｂは一定で、周囲温度Ｔｃ及び距離Ｌを変化させたときのΔＥ及びΔＶｐを実験により求め、複数の（Ｌ，ΔＶｐ／ΔＥ）をプロットして得られたのが曲線Ａ１である。

【0033】

曲線Ａ２は、曲線Ａ１を基にして、減衰率ｆ（Ｌ）を距離Ｌの関数として近似した曲線である。なお、減衰率ｆ（Ｌ）の近似式は、Ｋを定数として、式（４）で表される。式（４）は、距離Ｌが１５ｃｍ～３００ｃｍの範囲で変化する場合、及び、周囲温度Ｔｃが０℃～５０℃の範囲で変化する場合に、ｆ（Ｌ）を十分な精度をもって近似できる近似式である。
ｆ（Ｌ）＝Ｋ^－Ｌ ・・・（４）

【0034】

以下、減衰率ｆ（Ｌ）を用いて、起電力Ｖｐの変化量ΔＶｐから、距離Ｌの影響を取り除いて標準起電力Ｅを算出する補正処理について説明する。この補正処理は、演算部６２で行われる。

【0035】

上述したように、標準起電力Ｅは、距離Ｌが０のときの起電力Ｖｐである。本実施形態の焦電センサ３０では、被測定物の温度をＴ［℃］とすると、標準起電力Ｅと温度Ｔの関係は以下の式（５）により表される。なお、式（５）を変形したものが、式（５´）である。標準起電力Ｅは、被測定物の温度Ｔにより一義的に定まる値であるため、標準起電力Ｅから、式（５´）を用いて被測定物の温度Ｔ、すなわち被験者Ｂの体温Ｔｂを算出できる。
Ｅ＝０．５＋０．０１×Ｔ・・・（５）
Ｔ＝（Ｅ－０．５）×１００・・・（５´）

【0036】

例えば、標準起電力Ｅが０．７６Ｖである場合、式（５´）より、被測定物の温度Ｔは２６℃となる。また、被測定物の温度Ｔが４０℃であれば、式（５）より、標準起電力Ｅは０．９０［ｖ］となる。なお、周囲温度Ｔｃのときの焦電センサ３０の起電力である基準起電力Ｖｐ０は、式（５）に周囲温度Ｔｃを代入して得られる標準起電力Ｅ０に等しい（Ｖｐ０＝Ｅ０）。

【0037】

距離Ｌ離れた被験者Ｂの体温Ｔｂを測定したときの標準起電力Ｅｂは、初期値をＥ０、変化量をΔＥとして、式（６）により表される。式（３´）、式（４）を用いると、Ｔｃ＜Ｔｂの場合、式（６）は式（７）と変形できる。式（７´）は、式（７）のΔＶｐをＶｐ１－Ｖｐ０に置き換えて表記したものである。
Ｅｂ＝ΔＥ＋Ｅ０・・・（６）
Ｅｂ＝（ΔＶｐ×Ｋ^Ｌ）＋Ｖｐ０・・・（７）
Ｅｂ＝（Ｖｐ１－Ｖｐ０）×Ｋ^Ｌ＋Ｖｐ０・・・（７´）

【0038】

なお、Ｔｃ＞Ｔｂの場合は、上記の式（７）に代えて、式（８）を用いて標準起電力Ｅｂを求める。式（７）とは異なる点として、係数（１．２）が追加されているが、これは、近似の精度を上げるために、経験値から導かれた係数である。式（８´）は、式（８）のΔＶｐをＶｐ１－Ｖｐ０に置き換えて表記したものである。
Ｅｂ＝ΔＶｐ×Ｋ^Ｌ×１．２＋Ｖｐ０・・・（８）
Ｅｂ＝（Ｖｐ１－Ｖｐ０）×Ｋ^Ｌ×１．２＋Ｖｐ０・・・（８´）

【0039】

以下、Ｔｃ＜Ｔｂの場合に用いられる式（７´）に基づいて説明する。起電力Ｖｐ１は被験者Ｂ測定時の焦電センサ３０の出力値であり、距離Ｌは測距センサ４０の出力値であるため、それぞれ温度測定装置２０が有するセンサにより検出される値である。また、定数Ｋは事前に実験により求めた経験値であり、既知の値である。そして、基準起電力Ｖｐ０は、周囲温度Ｔｃのときの標準起電力Ｅ０であり、Ｅ０は、周囲温度センサ５０により測定された周囲温度Ｔｃと式（５）から算出できる。

【0040】

各センサによる測定値（Ｖｐ１、Ｌ）、計算値（Ｖｐ０）、及び定数Ｋを式（７´）に代入すると、被験者Ｂの体温Ｔｂを測定したときの標準起電力Ｅｂを算出できる。そして、標準起電力Ｅｂを式（５´）のＥに代入して、最終的に体温Ｔｂを算出する。なお、Ｔｃ＞Ｔｂの場合も、式（８´）及び式（５´）を用いて、標準起電力Ｅｂ及び体温Ｔｂを算出することができる。

【0041】

３．フローチャート
図３は、本実施形態に係る温度測定ユニット１０を用いて被験者Ｂの体温Ｔｂを非接触で測定するときの測定フローであり、ステップＳ１０～Ｓ１７の計８ステップからなる。この測定フローは、制御部６０に記憶されており、測定開始スイッチ１４をＯＮにすること（Ｓ１０）をトリガとして、Ｓ１１以降が順次実行される。

【0042】

オペレータが温度測定ユニット１０のグリップ部１５を把持して、温度測定部１１を被験者Ｂの方向に向け、被験者Ｂの皮膚が露出した部位（例えば頭部）が測定範囲Ｒ内に入るようにした状態で、測定開始スイッチ１４を押下する（Ｓ１０）。

【0043】

すると、測定開始スイッチ１４から制御部６０に向けて、Ｓ１１以降の測定フローを開始する旨の信号が到達する。そして、制御部６０は、測距センサ４０に、焦電センサ３０から被験者Ｂまでの距離Ｌの測定を開始させる。

【0044】

測距センサ４０は、送信部４１が有する光源から被験者Ｂに向けて、パルスレーザを発信する。受信部４２は、被験者Ｂの表面で反射したパルスレーザを受信する。パルスレーザを発信してから受信するまでの時間差と光速の値に基づいて測距センサ４０は距離Ｌを算出し、結果を制御部６０に送信する（Ｓ１１）。

【0045】

次に、制御部６０は、周囲温度センサ５０に、周囲温度Ｔｃを測定させる。周囲温度センサ５０は、サーミスタ５１の抵抗値に基づき、周囲温度Ｔｃを検出し、結果を制御部６０に送信する（Ｓ１２）。

【0046】

次に、制御部６０は、周囲温度Ｔｃ及び式（５）に基づいて、温度Ｔｃ時の標準起電力Ｅとして、標準起電力Ｅ０を算出する。標準起電力Ｅ０は、焦電センサ３０の温度が周囲温度Ｔｃであるときの、焦電センサ３０の起電力（基準起電力Ｖｐ０）と等しいため、焦電センサ３０の既知の特性から求めることができる（Ｓ１３）。

【0047】

次に、制御部６０は、焦電センサ３０に、被験者Ｂが発する赤外線を検出させる。焦電センサ３０には、検出した赤外線の強度に比例した起電力Ｖｐ１が発生する。焦電センサ３０は、起電力Ｖｐ１を制御部６０に出力する（Ｓ１４）。

【0048】

この時点において、制御部６０には、距離Ｌ、周囲温度Ｔｃ、標準起電力Ｅ０（基準起電力Ｖｐ０）、焦電センサ３０の起電力Ｖｐ１、それぞれの値が入力されており、記憶部６１がこれらの値を記憶している。

【0049】

次に、制御部６０は、基準起電力Ｖｐ０と、焦電センサ３０の出力である起電力Ｖｐ１を比較する（Ｓ１５）。

【0050】

Ｖｐ０＜Ｖｐ１の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、制御部６０は、測定値（距離Ｌ、起電力Ｖｐ１）及び計算値（基準起電力Ｖｐ０）を式（７´）に代入して標準起電力Ｅｂを算出する。次いで、式（５´）に標準起電力Ｅｂを代入して、体温Ｔｂを算出する（Ｓ１６）。

【0051】

Ｖｐ０＞Ｖｐ１の場合（Ｓ１５：ＮＯ）、制御部６０は、測定値（距離Ｌ、起電力Ｖｐ１）及び計算値（基準起電力Ｖｐ０）を式（８´）に代入して標準起電力Ｅｂを算出する。次いで、式（５´）に標準起電力Ｅｂを代入して、体温Ｔｂを算出する（Ｓ１７）。

【0052】

４．効果説明
人間の体温の測定など、非接触で温度を測定するタイプの温度計（放射温度計）の検出素子としては、サーモパイルが用いられているものが多い。サーモパイルは多数の熱電対を直列又は並列に接続し、各熱電対の熱起電力と周囲温度に基づいて被験者の体温を算出し、結果を出力する。

【0053】

しかし、サーモパイルを用いた温度計は、非接触とはいえ、検出素子と被験者の距離を数ｃｍ程度まで近付けなければ実用上十分な精度が得られない。また、検出素子の温度が被測定物の温度よりも高い場合、測定することができないという問題がある。これは、周囲温度が体温よりも高い環境では、体温の測定ができないことを意味する。

【0054】

本実施形態に係る温度測定ユニット１０では、赤外線を検出する検出素子として、焦電センサ３０を用いている。焦電センサ３０は数ｍ離れた位置にある熱源が発する赤外線を検出して、赤外線の強度に比例した起電力を発生する。本実施形態の構成では、検出素子（焦電センサ３０）から被験者Ｂまでの距離Ｌが２５０ｃｍ以上であっても、焦電センサ３０は被験者Ｂの発する赤外線を検出できる。そして、焦電センサ３０に生じる起電力Ｖｐ１に基づき、周囲温度Ｔｃ及び距離Ｌを用いた補正を行うことで、体温Ｔｂの測定において十分な精度が得られる。

【0055】

また、本実施形態の構成では、周囲温度Ｔｃが体温Ｔｂよりも低い場合と、高い場合とで、異なる計算式（式（７´）又は式（８´）参照）を用いて補正を行う。これにより、どちらの場合であっても体温Ｔｂを高精度に算出できる。本実施形態の構成では、周囲温度Ｔｃが０℃～５０℃の範囲内であれば、体温Ｔｂを、実用上十分な精度で算出できる。

【0056】

＜実施形態２＞
実施形態２に係る生体情報測定装置１２０は、被験者Ｂが発する赤外線を検出した焦電センサ３０の起電力Ｖｐ１の変動に基づき、容積脈波Ｐｖを算出する。さらに、容積脈波Ｐｖから、被験者Ｂの血圧を算出する。

【0057】

被験者Ｂの心臓が収縮すると、血液が動脈に拍出されて血管内の圧力が変化する。血管内の圧力の変化は波動となって心臓から離れる方向に向かって伝搬する。この波動が脈波である。脈波に起因する血管の容積変化が容積脈波Ｐｖである。

【0058】

被験者Ｂが発する赤外線は、被験者Ｂの容積脈波Ｐｖとともに変動する。そのため、実施形態２に係る生体情報測定装置１２０では、焦電センサ３０の起電力Ｖｐ１の時間変化から、被験者Ｂの容積脈波Ｐｖ１の変動を検出できる。また、容積脈波Ｐｖは、被験者Ｂの血圧、心拍、呼吸と密接に関連しているため、容積脈波Ｐｖ１の時間変化から、被験者Ｂのこれら各種生体情報を検出できる。以下、生体情報測定装置１２０を用いて被験者Ｂの血圧を算出する場合を一例として説明する。

【0059】

実施形態２に係る生体情報測定装置１２０は、図５に示すように、実施形態１の温度測定装置２０に加えて、カフ７０を有している点において異なる。また、生体情報測定装置１２０は、温度測定装置２０とは、演算部１６２において実行される補正処理が異なる。

【0060】

カフ７０は、基準となる血圧値（絶対値）を測定するために用いられ、図６に示すように、被験者Ｂの上腕部ＢＡに装着でき、内部にゴム袋が内蔵されている。ゴム袋はエアー供給用のポンプ７１と接続されており、ゴム袋に対するエアーの供給と排気により、血管を圧迫するようになっている。また、カフ７０内にはゴム袋内の空気変動を検出するためのカフ圧センサ７２が組み込まれており、血管を圧迫するカフ圧センサ７２から出力される検出信号（以下、「圧脈波Ｐｗ」という）は所定周波数成分（ノイズ成分）がカットされた状態で、有線又は無線通信により制御部６０に入力される。

【0061】

焦電センサ３０は、被験者Ｂが発する赤外線を検出して起電力Ｖｐ１を発生する。制御部６０に入力された起電力Ｖｐ１は演算部１６２で容積脈波Ｐｖ１に変換される。容積脈波Ｐｖ１を測定したときの実際の起電力Ｖｐ１は、図８に示すように、被験者Ｂの心拍に伴って心拍１回ごとにプラス側とマイナス側に値が交互に変動している。一心拍に要する時間ｔ０の逆数が被験者Ｂの心拍数である。図７の曲線Ｂ１では、一心拍時間ｔ０内の山と谷の電位差から求めた容積脈波Ｐｖ１をプロットしている。

【0062】

図７において、実験により測定した容積脈波Ｐｖ１を、横軸を距離Ｌとしてプロットした曲線が曲線Ｂ１である。距離Ｌの増加に伴い、検出される容積脈波Ｐｖ１は次第に減衰する。曲線Ｂ１を基にして作成した近似式の曲線が曲線Ｂ２である。なお、近似式は、距離Ｌによる減衰の影響を除外したとき、つまり距離０のときの容積脈波Ｐｖ１を標準容積脈波Ｐｖ０、減衰率を距離Ｌの関数ｇ（Ｌ）として、下記の式（９）で表される。
Ｐｖ１＝Ｐｖ０×ｇ（Ｌ）・・・（９）

【0063】

また、減衰率ｇ（Ｌ）は、Ｋｖを定数として、式（１０）のように表される。
ｇ（Ｌ）＝Ｋｖ^－Ｌ ・・・（１０）

【0064】

距離Ｌに起因する減衰の影響を除外したときの標準容積脈波をＰｖ０とすると、Ｔｃ＜Ｔｂのときの標準容積脈波Ｐｖ０は、式（１１）を用いて算出できる。
Ｐｖ０＝Ｐｖ１×Ｋｖ^Ｌ・・・（１１）

【0065】

ただし、Ｔｃ＞Ｔｂのときは、式（１２）を用いて標準容積脈波Ｐｖ０を算出する。式（１１）との違いである係数（１．２）は、補正の精度を上げるために、経験値から求めた係数である。
Ｐｖ０＝Ｐｖ１×Ｋｖ^Ｌ×１．２・・・（１２）

【0066】

ここで、容積脈波Ｐｖ１は焦電センサ３０の起電力Ｖｐ１から算出する値であり、距離Ｌは測距センサ４０の出力値なので、ともに生体情報測定装置１２０が算出又は検出する値である。また、定数Ｋｖは事前に実験により求めた既知の値である。したがって、演算部１６２において、式（１１）又は式（１２）の補正処理を実行することにより、測定値Ｐｖ１から、減衰の影響を除外した標準容積脈波Ｐｖ０を算出することができる。

【0067】

次に、標準容積脈波Ｐｖ０から、被験者Ｂの血圧Ｐｐを算出する血圧算出処理について、図９に示すフローチャートを参照しつつ説明する。血圧算出処理は、上述の標準容積脈波Ｐｖ０の算出と並行して、演算部１６２において実行される処理である。

【0068】

血圧値算出処理では、まず、血圧値の測定に際してキャリブレーションを実施する。

【0069】

キャリブレーションでは、まず、カフ圧センサ７２から圧脈波Ｐｗが演算部１６２に入力される（Ｓ２０）。演算部１６２は、図１０に示す圧脈波Ｐｗ及びカフ圧Ｐｃに基づいて基準となる最高血圧値Ｐｓ、最低血圧値Ｐｄ及び平均血圧値Ｐｍを算出する（Ｓ２１）。なお、最高血圧値Ｐｓ及び最低血圧値Ｐｄは、上記工程を省いて直接設定してもよい。

【0070】

一方、圧脈波Ｐｗの測定時期と同時期に焦電センサ３０により検出された容積脈波Ｐｖ１を用いて、演算部１６２により補正処理がされた標準容積脈波Ｐｖ０を基準脈波と仮定し（Ｓ２２）、図８に示すように、一心拍時間ｔ０内の血流量変化の積分値を基準脈波面積Ｖｏとして求める（Ｓ２３）。

【0071】

そして、平均血圧係数、最高血圧値と平均血圧値との比、最低血圧値と平均血圧値との比を下記の式（１３）から（１５）に従ってキャリブレーション値として算出しておく（Ｓ２４）。ここで、平均血圧係数をＭ、最高血圧値と平均血圧値との比をＮ、最低血圧値と平均血圧値との比をＯとする。また、Ｐｍは平均血圧、Ｐｓは最高血圧、Ｐｄは最低血圧、Ｖｏは基準脈波面積を示す。

【0072】

Ｍ＝Ｖｏ／Ｐｍ・・・・・・・・（１３）
Ｎ＝Ｐｓ／Ｐｍ・・・・・・・・（１４）
Ｏ＝Ｐｄ／Ｐｍ・・・・・・・・（１５）
以上のようにして、キャリブレーション値（Ｍ、Ｎ、Ｏ）が得られたところで、血圧値の本測定を行う。

【0073】

本測定では、焦電センサ３０は、被験者Ｂが発する赤外線を受信して起電力Ｖｐ１を発生する。そして、補正処理を経て求められた標準容積脈波Ｐｖ０の値が、経時的に演算部１６２に入力される（Ｓ２５）。

【0074】

そして、演算部１６２は、入力された標準容積脈波Ｐｖ０の１心拍時間の積分値である脈波面積Ｖｏｎを算出し、１心拍の脈波面積と平均血圧係数Ｍとに基づいて下記の式（１６）から１心拍の平均血圧Ｐｍｎ（以下、「１拍平均血圧」という）を算出する（Ｓ２６）。
Ｐｍｎ＝Ｖｏｎ／Ｍ・・・・・・（１６）

【0075】

また、１拍平均血圧が算出されたところで、最高血圧値と平均血圧値との比及び最低血圧値と平均血圧値との比と、１拍平均血圧とに基づいて、式（１７）及び式（１８）から最大血圧値Ｐｓｎ及び最小血圧値Ｐｄｎを算出する（Ｓ１８）。

【0076】

Ｐｓｎ＝Ｐｍｎ×Ｎ・・・・・・・（１７）
Ｐｄｎ＝Ｐｍｎ×Ｏ・・・・・・・（１８）

【0077】

そして、制御部６０は算出された血圧値を血圧基準値（正常な測定で得られる血圧値の幅（例えば、５０～１４０ｍｍＨｇ））と照合する血圧チェックを行い（Ｓ２８）、算出された血圧値が血圧基準値内にあるときには「測定は正常」と判断し（Ｓ２８：ＹＥＳ）、演算処理結果である血圧値の推移を表示部１２に表示する（Ｓ２９）。一方、血圧基準値外の時には「測定に誤りがあり」と判断して（Ｓ２８：ＮＯ）、最高血圧・最低血圧を算出する工程（Ｓ２１）に戻って再び血圧値を算出する。

【0078】

以上のように、本実施形態によると、血圧値算出処理において、被験者Ｂに対しあらかじめカフ圧センサ７２によって圧脈波Ｐｗを測定するとともに、演算部１６２の補正処理によって算出される標準容積脈波Ｐｖ０からキャリブレーション値を求め、経時的に算出される標準容積脈波Ｐｖ０にキャリブレーションのデータを利用することで、最終的に算出される血圧値を絶対値化することができる。これにより、カフ７０による再加圧を行うことなく、焦電センサ３０という非接触の手段により、連続して血圧を測定することができる。

【0079】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

【0080】

（１）上述した各実施形態では、周囲温度センサとしてサーミスタを用いているが、サーミスタの他、熱電対やサーモパイル、測温抵抗体等を用いてもよい。

【0081】

（２）上述した各実施形態では、測距センサはパルスレーザを利用するものを例示したが、パルスレーザの代わりに、赤外線や可視光、音波、超音波を用いて測距するセンサを用いてもよい。

【0082】

（３）上述した実施形態２では、初めにカフを用いて被験者の血圧を測定し、その測定値に基づいてキャリブレーションを行うことで、血圧の絶対値を算出した。しかし、例えば病児保育や介護施設における見守り用途等、血圧値の絶対値が必ずしも必要ではなく、相対的な変化のみをモニターすれば用が足りる場合には、初めにキャリブレーションを行う必要はない。したがって、こういった用途においては初めにカフを用いた圧脈波の検出が不要となり、非接触の測定のみを行えばよい。これにより、医療・介護従事者の負担を減じることができる。

【0083】

（４）上述した実施形態２では、焦電センサ３０の起電力Ｖｐ１をまず容積脈波Ｐｖ１に変換し、その後距離Ｌによる減衰の影響を除外する補正を行って標準容積脈波Ｐｖ０を算出した。しかし、距離Ｌによる減衰の影響を除外する補正は、実施形態１において示したように、起電力Ｖｐ１に対して直接行ってもよい。この場合、焦電センサ３０の起電力Ｖｐ１から標準起電力Ｅを算出し、その後標準起電力Ｅを標準容積脈波Ｐｖ０に変換する。

【符号の説明】

【0084】

１０…温度測定ユニット、１１…温度測定部、１２…表示部、１３…操作部、１４…測定開始スイッチ、１５…グリップ部、２０…温度測定装置、３０…焦電センサ、３１…受信部、３２…本体部、４０…測距センサ、４１…送信部、４２…受信部、５０…周囲温度センサ、５１…サーミスタ、６０…制御部、Ｂ…被験者、Ｖｐ１…起電力、Ｒ…測定範囲、Ｔｂ…被験者の体温、Ｔｃ…周囲温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2021-06-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験者の生体情報を非接触で測定する生体情報測定装置であって
前記被験者が発する赤外線を検出する焦電センサと、
前記焦電センサから前記被験者までの距離を検出する測距センサと、
前記被験者の周囲温度を検出する周囲温度センサと、
制御部と、を含み、
前記制御部は、前記測距センサが検出した距離Ｌを変数とする減衰率ｆ（Ｌ）と、前記周囲温度と、に基づき、前記焦電センサの検出値を補正して、被験者の生体情報を算出し、
減衰率ｆ（Ｌ）は、Ｋを定数として、Ｋ ^－Ｌ で近似される、生体情報測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の生体情報測定装置であって、
被験者の体温が周囲温度Ｔｃよりも低い場合、減衰率ｆ（Ｌ）は、Ｋ ^－Ｌ に所定の係数を乗じた値で近似される、生体情報測定装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の生体情報測定装置であって、
前記生体情報は、前記被験者の体温である、生体情報測定装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体情報測定装置であって、
前記生体情報は、前記被験者の容積脈波である、生体情報測定装置。

【請求項5】

請求項４に記載の生体情報測定装置であって、
前記被験者の血管を圧迫するためのカフと、
前記カフによって圧迫された部分から圧脈波を検出するカフ圧センサと、を含み、
前記カフ圧センサから得られる圧脈波及び前記容積脈波に基づいて前記被験者の血圧を算出する、生体情報測定装置。