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特開2024-60459酸素飽和度測定装置、酸素飽和度測定方法及び酸素飽和度測定プログラム
(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】P2024060459
(43)【公開日】2024-05-02
(54)【発明の名称】酸素飽和度測定装置、酸素飽和度測定方法及び酸素飽和度測定プログラム
(51)【国際特許分類】
A61B 5/1455 20060101AFI20240424BHJP
【ＦＩ】
A61B5/1455
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022167840
(22)【出願日】2022-10-19
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】久保 光明
(72)【発明者】
【氏名】小泉 昌之
(72)【発明者】
【氏名】河内 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】松井 優貴
(72)【発明者】
【氏名】山本 和夫
(72)【発明者】
【氏名】木口 哲也
(72)【発明者】
【氏名】荒川 正行
(72)【発明者】
【氏名】大橋 卓
【テーマコード（参考）】
4C038
【Ｆターム（参考）】
4C038KK01
4C038KL05
4C038KL07
4C038KX02
(57)【要約】
【課題】測定精度を向上できる酸素飽和度測定装置を提供する。
【解決手段】酸素飽和度測定装置は、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号ＰＳ３の１つの拍動中におけるピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに基づいて、第一発光素子が赤色光を投光する第一投光タイミングＴＦ１と、第二発光素子が赤外光を投光する第二投光タイミングＴＦ２と、を決定し、第一発光素子に対して第一投光タイミングＴＦ１で赤色光を投光させ、第二発光素子に対して第二投光タイミングＴＦ２で赤外光を投光させ、第一投光タイミングＴＦ１で投光された赤色光に応じて受光素子が出力した第一脈波信号と、第二投光タイミングＴＦ２で投光された赤外光に応じて受光素子が出力した第二脈波信号と、に基づいて動脈の酸素飽和度を測定する。
【選択図】図５
【解決手段】酸素飽和度測定装置は、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号ＰＳ３の１つの拍動中におけるピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに基づいて、第一発光素子が赤色光を投光する第一投光タイミングＴＦ１と、第二発光素子が赤外光を投光する第二投光タイミングＴＦ２と、を決定し、第一発光素子に対して第一投光タイミングＴＦ１で赤色光を投光させ、第二発光素子に対して第二投光タイミングＴＦ２で赤外光を投光させ、第一投光タイミングＴＦ１で投光された赤色光に応じて受光素子が出力した第一脈波信号と、第二投光タイミングＴＦ２で投光された赤外光に応じて受光素子が出力した第二脈波信号と、に基づいて動脈の酸素飽和度を測定する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
動脈に対して赤色光を投光する第一発光素子と、前記動脈に対して赤外光を投光する第二発光素子と、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する参照光を前記動脈に対して投光する第三発光素子と、投光された前記赤色光と前記赤外光と前記参照光とのそれぞれに対応する透過光又は反射光を受光光として受光し、前記赤色光の受光光の光強度に応じた第一脈波信号と、前記赤外光の受光光の光強度に応じた第二脈波信号と、前記参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号とを出力する受光素子と、を有するセンサユニットと、
前記第一発光素子と前記第二発光素子と前記受光素子とに電気的に接続され、前記第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、前記第一発光素子が赤色光を投光する第一投光タイミングと、前記第二発光素子が赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定し、決定された前記第一投光タイミングで前記第一発光素子に赤色光を投光させ、決定された前記第二投光タイミングで前記第二発光素子に赤外光を投光させ、前記第一投光タイミングで投光された赤色光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、前記第二投光タイミングで投光された赤外光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、前記動脈の酸素飽和度を測定する、プロセッサと、
を備える、酸素飽和度測定装置。
前記第一発光素子と前記第二発光素子と前記受光素子とに電気的に接続され、前記第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、前記第一発光素子が赤色光を投光する第一投光タイミングと、前記第二発光素子が赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定し、決定された前記第一投光タイミングで前記第一発光素子に赤色光を投光させ、決定された前記第二投光タイミングで前記第二発光素子に赤外光を投光させ、前記第一投光タイミングで投光された赤色光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、前記第二投光タイミングで投光された赤外光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、前記動脈の酸素飽和度を測定する、プロセッサと、
を備える、酸素飽和度測定装置。
【請求項2】
前記プロセッサは、
取得された前記第三脈波信号の前記ピークタイミングと前記ボトムタイミングとに基づいて、到来が予想される前記第三脈波信号の予測拍動の拍動間隔と、前記予測拍動の中における予測ピークタイミングと、予測ボトムタイミングとを算出し、
算出された前記予測ピークタイミングと前記予測ボトムタイミングとに基づいて、前記予測拍動の中における前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングとを決定する、
ように構成される、請求項１に記載の酸素飽和度測定装置。
取得された前記第三脈波信号の前記ピークタイミングと前記ボトムタイミングとに基づいて、到来が予想される前記第三脈波信号の予測拍動の拍動間隔と、前記予測拍動の中における予測ピークタイミングと、予測ボトムタイミングとを算出し、
算出された前記予測ピークタイミングと前記予測ボトムタイミングとに基づいて、前記予測拍動の中における前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングとを決定する、
ように構成される、請求項１に記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項3】
前記プロセッサは、
前記予測拍動の直前の拍動中の前記ピークタイミングから前記予測拍動の拍動間隔の２／３が経過するタイミング以降、かつ、前記予測ピークタイミングまでの第一最大側投光期間と、
前記予測拍動の前記予測ボトムタイミング以降、かつ、前記予測ボトムタイミングから前記予測拍動の拍動間隔の１／３が経過するタイミングの前までの第一最小側投光期間と、
のそれぞれにおいて、前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングとを決定する、
ように構成される、請求項２に記載の酸素飽和度測定装置。
前記予測拍動の直前の拍動中の前記ピークタイミングから前記予測拍動の拍動間隔の２／３が経過するタイミング以降、かつ、前記予測ピークタイミングまでの第一最大側投光期間と、
前記予測拍動の前記予測ボトムタイミング以降、かつ、前記予測ボトムタイミングから前記予測拍動の拍動間隔の１／３が経過するタイミングの前までの第一最小側投光期間と、
のそれぞれにおいて、前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングとを決定する、
ように構成される、請求項２に記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項4】
前記プロセッサは、
前記ピークタイミングで取得された前記第三脈波信号の最大振幅に基づいて、振幅の最大側閾値を設定し、
前記ボトムタイミングで取得された前記第三脈波信号の最小振幅に基づいて、振幅の最小側閾値を設定し、
前記第三脈波信号の拍動の中において、振幅が前記最大側閾値以上である第二最大側投光期間と、振幅が前記最小側閾値以下である第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングとを決定する、
ように構成される、請求項１に記載の酸素飽和度測定装置。
前記ピークタイミングで取得された前記第三脈波信号の最大振幅に基づいて、振幅の最大側閾値を設定し、
前記ボトムタイミングで取得された前記第三脈波信号の最小振幅に基づいて、振幅の最小側閾値を設定し、
前記第三脈波信号の拍動の中において、振幅が前記最大側閾値以上である第二最大側投光期間と、振幅が前記最小側閾値以下である第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングとを決定する、
ように構成される、請求項１に記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項5】
前記最大側閾値は、前記最大振幅と前記最小振幅との差の２／３以上であり、
前記最小側閾値は、前記最大振幅と前記最小振幅との差の１／３以下である、
請求項４に記載の酸素飽和度測定装置。
前記最小側閾値は、前記最大振幅と前記最小振幅との差の１／３以下である、
請求項４に記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項6】
前記プロセッサは、
取得された前記第三脈波信号の拍動間隔に基づいて、拍動の状態を表す変動係数を算出し、
算出された前記変動係数が予め設定された閾値以下である場合、以下の処理１を実行し、
変動係数が閾値を超える場合、以下の処理２を実行する、
ように構成される、請求項１に記載の酸素飽和度測定装置。
（処理１）
取得された前記第三脈波信号の前記ピークタイミングと前記ボトムタイミングとに基づいて、到来が予想される前記第三脈波信号の予測拍動の拍動間隔と、前記予測拍動の中における予測ピークタイミングと、予測ボトムタイミングとを算出し、
算出された前記予測ピークタイミングと前記予測ボトムタイミングとに基づいて、前記予測拍動の中における前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングと、を決定する
（処理２）
前記ピークタイミングで取得された前記第三脈波信号の最大振幅に基づいて、振幅の最大側閾値を設定し、
前記ボトムタイミングで取得された前記第三脈波信号の最小振幅に基づいて、振幅の最小側閾値を設定し、
前記第三脈波信号の拍動の中において、振幅が前記最大側閾値以上である第二最大側投光期間と、振幅が前記最小側閾値以下である第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングとを決定する
取得された前記第三脈波信号の拍動間隔に基づいて、拍動の状態を表す変動係数を算出し、
算出された前記変動係数が予め設定された閾値以下である場合、以下の処理１を実行し、
変動係数が閾値を超える場合、以下の処理２を実行する、
ように構成される、請求項１に記載の酸素飽和度測定装置。
（処理１）
取得された前記第三脈波信号の前記ピークタイミングと前記ボトムタイミングとに基づいて、到来が予想される前記第三脈波信号の予測拍動の拍動間隔と、前記予測拍動の中における予測ピークタイミングと、予測ボトムタイミングとを算出し、
算出された前記予測ピークタイミングと前記予測ボトムタイミングとに基づいて、前記予測拍動の中における前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングと、を決定する
（処理２）
前記ピークタイミングで取得された前記第三脈波信号の最大振幅に基づいて、振幅の最大側閾値を設定し、
前記ボトムタイミングで取得された前記第三脈波信号の最小振幅に基づいて、振幅の最小側閾値を設定し、
前記第三脈波信号の拍動の中において、振幅が前記最大側閾値以上である第二最大側投光期間と、振幅が前記最小側閾値以下である第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、前記第一投光タイミングと前記第二投光タイミングとを決定する
【請求項7】
前記変動係数の閾値は、０.１以下である、
請求項６に記載の酸素飽和度測定装置。
請求項６に記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項8】
被測定者が装着可能なウェアラブルデバイスである、
請求項１～７のいずれか一項に記載の酸素飽和度測定装置。
請求項１～７のいずれか一項に記載の酸素飽和度測定装置。
【請求項9】
動脈に対して、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する参照光を投光し、
投光された前記参照光に対応する透過光又は反射光を受光光として受光し、
前記参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号を取得し、
取得された前記第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、赤色光を投光する第一投光タイミングと、赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定し、
決定された前記第一投光タイミングで赤色光を投光し、
決定された前記第二投光タイミングで赤外光を投光し、
前記第一投光タイミングで投光された赤色光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、前記第二投光タイミングで投光された赤外光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、前記動脈の酸素飽和度を測定する、
酸素飽和度測定方法。
投光された前記参照光に対応する透過光又は反射光を受光光として受光し、
前記参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号を取得し、
取得された前記第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、赤色光を投光する第一投光タイミングと、赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定し、
決定された前記第一投光タイミングで赤色光を投光し、
決定された前記第二投光タイミングで赤外光を投光し、
前記第一投光タイミングで投光された赤色光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、前記第二投光タイミングで投光された赤外光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、前記動脈の酸素飽和度を測定する、
酸素飽和度測定方法。
【請求項10】
動脈に対して、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する参照光を投光する処理と、
投光された前記参照光に対応する透過光又は反射光を受光光として受光する処理と、
前記参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号を取得する処理と、
取得された前記第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、赤色光を投光する第一投光タイミングと、赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定する処理と、
決定された前記第一投光タイミングで赤色光を投光する処理と、
決定された前記第二投光タイミングで赤外光を投光する処理と、
前記第一投光タイミングで投光された赤色光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、前記第二投光タイミングで投光された赤外光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、前記動脈の酸素飽和度を測定する処理と、
をプロセッサに実行させる、酸素飽和度測定プログラム。
投光された前記参照光に対応する透過光又は反射光を受光光として受光する処理と、
前記参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号を取得する処理と、
取得された前記第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、赤色光を投光する第一投光タイミングと、赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定する処理と、
決定された前記第一投光タイミングで赤色光を投光する処理と、
決定された前記第二投光タイミングで赤外光を投光する処理と、
前記第一投光タイミングで投光された赤色光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、前記第二投光タイミングで投光された赤外光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、前記動脈の酸素飽和度を測定する処理と、
をプロセッサに実行させる、酸素飽和度測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、酸素飽和度測定装置、酸素飽和度測定方法及び酸素飽和度測定プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、動脈血中の酸素飽和度（ＳＰＯ２）を測定する方法の一例として、特許文献１のような吸光分光法を用いた測定方法が知られている。特許文献１では、互いに異なる波長を有する赤色光と赤外光とが動脈血に対して投光されると共に、それぞれの光に対応する透過光又は反射光が、受光素子によって受光される。なお、以下、説明の便宜のため、透過光及び反射光のように受光素子によって受光される光をまとめて「受光光」と称する。
【0003】
具体的には、受光光の脈波信号から取得される最大値と最小値とから、赤色光と赤外光とのそれぞれについて脈波信号の振幅が複数算出される。振幅算出用の取得データ数を増やすため、通常、測定用の赤色光と赤外光との投光間隔及び受光間隔は、測定対象の動脈の１つの拍動間隔よりも短い間隔で複数回繰り返される。
【0004】
算出された複数の振幅から脈波信号の変動成分（ＡＣ）と固定成分（ＤＣ）とが算出されると共に、算出された変動成分と固定成分とによって、赤色光と赤外光とのそれぞれの灌流指標（ＰＩ値）が算出される。そして、赤外光のＰＩ値に対する赤色光のＰＩ値の比（吸光度比）を、予め設定された酸素飽和度算出用の計算式に導入することによって、測定値としての酸素飽和度を算出できる。
【0005】
更に、特許文献１では、受光光の光強度に対応して出力された脈波信号から、１回の脈動により得られる脈波信号のサンプリング数や脈拍数といった所定の脈波情報が得られる。特許文献１では、得られた脈波情報に基づいて発光素子の発光時間の間隔が設定されることによって、酸素飽和度を高精度で測定できると共に、酸素飽和度測定装置の消費電力を低減できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００８－１６７８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ここで、血流が比較的低灌流、すなわち受光光の脈波信号の光強度が微弱であるほどＳＮ比が低くなるため、脈波信号の振幅の算出精度が低くなる。この点、特許文献１の場合、赤色光と赤外光とのそれぞれの受光光の脈波信号しか測定に用いられない。このため、受光光の脈波信号のＳＮ比が低い場合、脈波信号から得られる脈波情報の精度も低下する、或いは、必要な脈波情報が得られなくなる。結果、脈波情報に基づいて発光時間の間隔を設定することが困難になる。
【0008】
本開示は、上記に着目して為されたものであって、測定精度を向上できる酸素飽和度測定装置、酸素飽和度測定方法及び酸素飽和度測定プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の第１の態様に係る酸素飽和度測定装置は、動脈に対して赤色光を投光する第一発光素子と、動脈に対して赤外光を投光する第二発光素子と、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する参照光を動脈に対して投光する第三発光素子と、投光された赤色光と赤外光と参照光とのそれぞれに対応する透過光又は反射光を受光光として受光し、赤色光の受光光の光強度に応じた第一脈波信号と、赤外光の受光光の光強度に応じた第二脈波信号と、参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号とを出力する受光素子と、を有するセンサユニットと、第一発光素子と第二発光素子と受光素子とに電気的に接続され、第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、第一発光素子が赤色光を投光する第一投光タイミングと、第二発光素子が赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定し、決定された第一投光タイミングで第一発光素子に赤色光を投光させ、決定された第二投光タイミングで第二発光素子に赤外光を投光させ、第一投光タイミングで投光された赤色光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、第二投光タイミングで投光された赤外光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、動脈の酸素飽和度を測定する、プロセッサと、を備える。
【0010】
第１の態様によれば、動脈に対して投光される参照光の波長は、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長である。このため、参照光に対応する第三脈波信号のＳＮ比は、赤色光に対応する第一脈波信号及び赤外光に対応する第二脈波信号よりも高くなる。すなわち、受光光の脈波信号のＳＮ比は、投光される光の波長に依存する。
【0011】
このため、第三脈波信号のピークタイミングとボトムタイミングとに応じて決定される第一投光タイミングで測定用の赤色光が投光されることによって、赤色光に対応する受光光の第一脈波信号の振幅の算出精度が向上する。同様に、ピークタイミングとボトムタイミングとに応じて決定される第二投光タイミングで測定用の赤外光が投光されることによって、赤外光に対応する受光光の第二脈波信号の振幅の算出精度が向上する。結果、第一脈波信号と第二脈波信号とに基づいて測定される酸素飽和度の測定精度が高まる。
【0012】
また、第２の態様では、第１の態様において、プロセッサは、取得された第三脈波信号のピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、到来が予想される第三脈波信号の予測拍動の拍動間隔と、予測拍動の中における予測ピークタイミングと、予測ボトムタイミングとを算出し、算出された予測ピークタイミングと予測ボトムタイミングとに基づいて、予測拍動の中における第一投光タイミングと第二投光タイミングとを決定するように構成されてもよい。
【0013】
上記の構成によれば、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを、精度を高めて決定できる。
【0014】
また、第３の態様では、第２の態様において、プロセッサは、予測拍動の直前の拍動中のピークタイミングから予測拍動の拍動間隔の２／３が経過するタイミング以降、かつ、予測ピークタイミングまでの第一最大側投光期間と、予測拍動の予測ボトムタイミング以降、かつ、予測ボトムタイミングから予測拍動の拍動間隔の１／３が経過するタイミングの前までの第一最小側投光期間と、のそれぞれにおいて、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを決定するように構成されてもよい。
【0015】
上記の構成によれば、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを、精度をより高めて決定できる。
【0016】
また、第４の態様では、第１の態様において、プロセッサは、ピークタイミングで取得された第三脈波信号の最大振幅に基づいて、振幅の最大側閾値を設定し、ボトムタイミングで取得された第三脈波信号の最小振幅に基づいて、振幅の最小側閾値を設定し、第三脈波信号の拍動の中において、振幅が最大側閾値以上である第二最大側投光期間と、振幅が最小側閾値以下である第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを決定するように構成されてもよい。
【0017】
上記の構成によれば、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを、精度を高めて決定できる。
【0018】
また、第５の態様では、第４の態様において、最大側閾値は、最大振幅と最小振幅との差の２／３以上であり、最小側閾値は、最大振幅と最小振幅との差の１／３以下であってもよい。
【0019】
上記の構成によれば、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを、精度をより高めて決定できる。
【0020】
また、第６の態様では、第１の態様において、プロセッサは、取得された第三脈波信号の拍動間隔に基づいて、拍動の状態を表す変動係数を算出し、算出された変動係数が予め設定された閾値以下である場合、以下の処理１を実行し、変動係数が閾値を超える場合、以下の処理２を実行するように構成されてもよい。
（処理１）
取得された第三脈波信号のピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、到来が予想される第三脈波信号の予測拍動の拍動間隔と、予測拍動の中における予測ピークタイミングと、予測ボトムタイミングとを算出し、
算出された予測ピークタイミングと予測ボトムタイミングとに基づいて、予測拍動の中における第一投光タイミングと第二投光タイミングと、を決定する
（処理２）
ピークタイミングで取得された第三脈波信号の最大振幅に基づいて、振幅の最大側閾値を設定し、
ボトムタイミングで取得された第三脈波信号の最小振幅に基づいて、振幅の最小側閾値を設定し、
第三脈波信号の拍動の中において、振幅が最大側閾値以上である第二最大側投光期間と、振幅が最小側閾値以下である第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを決定する
（処理１）
取得された第三脈波信号のピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、到来が予想される第三脈波信号の予測拍動の拍動間隔と、予測拍動の中における予測ピークタイミングと、予測ボトムタイミングとを算出し、
算出された予測ピークタイミングと予測ボトムタイミングとに基づいて、予測拍動の中における第一投光タイミングと第二投光タイミングと、を決定する
（処理２）
ピークタイミングで取得された第三脈波信号の最大振幅に基づいて、振幅の最大側閾値を設定し、
ボトムタイミングで取得された第三脈波信号の最小振幅に基づいて、振幅の最小側閾値を設定し、
第三脈波信号の拍動の中において、振幅が最大側閾値以上である第二最大側投光期間と、振幅が最小側閾値以下である第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを決定する
【0021】
上記の構成によれば、被測定者の拍動の状態に応じて、好ましい酸素飽和度測定処理を選択できる。
【0022】
また、第７の態様では、第６の態様において、変動係数の閾値は、０.１以下であってもよい。
【0023】
上記の構成によれば、酸素飽和度測定処理の切替精度を向上できる。
【0024】
また、第８の態様では、第１～第７の態様における酸素飽和度測定装置が、被測定者が装着可能なウェアラブルデバイスであってもよい。
【0025】
ここで、比較的コンパクトな１次電池又は２次電池で駆動される、ウェアラブルデバイスのような測定機器の場合、継続使用時間の短縮を回避する必要性から、１回あたりの投光パワーを大きくし難い。しかし、上記の構成によれば、計算負荷が抑制されることによって、投入電力の低減を図ることができる。このため長寿命化を図ることが可能なウェアラブルデバイスを実現できる。
【0026】
本開示の第９の態様に係る酸素飽和度測定方法は、動脈に対して、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する参照光を投光し、投光された参照光に対応する透過光又は反射光を受光光として受光し、参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号を取得し、取得された第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、赤色光を投光する第一投光タイミングと、赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定し、決定された第一投光タイミングで赤色光を投光し、決定された第二投光タイミングで赤外光を投光し、第一投光タイミングで投光された赤色光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、第二投光タイミングで投光された赤外光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、動脈の酸素飽和度を測定する。
【0027】
第９の態様によれば、第１の態様と同様に、測定精度を向上できる酸素飽和度測定方法を実現できる。
【0028】
本開示の第１０の態様に係る酸素飽和度測定プログラムは、動脈に対して、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する参照光を投光する処理と、投光された参照光に対応する透過光又は反射光を受光光として受光する処理と、参照光の受光光の光強度に応じた第三脈波信号を取得する処理と、取得された第三脈波信号の１つの拍動中におけるピークタイミングとボトムタイミングとに基づいて、赤色光を投光する第一投光タイミングと、赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定する処理と、決定された第一投光タイミングで赤色光を投光する処理と、決定された第二投光タイミングで赤外光を投光する処理と、第一投光タイミングで投光された赤色光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第一脈波信号と、第二投光タイミングで投光された赤外光に対応する透過光又は反射光の受光光の光強度に応じて取得された第二脈波信号と、に基づいて酸素飽和度を算出することによって、動脈の酸素飽和度を測定する処理と、をプロセッサに実行させる。
【0029】
第１０の態様によれば、第１の態様と同様に、測定精度を向上できる酸素飽和度測定プログラムを実現できる。
【発明の効果】
【0030】
本開示に係る酸素飽和度測定装置、酸素飽和度測定方法及び酸素飽和度測定プログラムによれば、測定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本開示の実施形態に係る酸素飽和度測定装置を説明する斜視図である。
【図2】本実施形態に係る酸素飽和度測定装置のセンサユニットを説明する断面図である。
【図3】本実施形態に係る酸素飽和度測定装置のプロセッサのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図4】本実施形態に係る酸素飽和度測定装置を用いた酸素飽和度測定方法を説明するフローチャートである。
【図5】本実施形態に係る酸素飽和度測定装置を用いた酸素飽和度測定方法において、参照光の第三脈波信号のピークタイミングとボトムタイミングとに合わせて、２つの測定光の投光タイミングを決定する状態を説明するタイミングチャートである。
【図6】参照光の第三脈波信号のピークタイミングとボトムタイミングとに基づき、２つの測定光の投光タイミングをそれぞれ１回設定する方法を説明する図である。
【図7】参照光の第三脈波信号のピークタイミングとボトムタイミングとに基づき、２つの測定光の投光タイミングをそれぞれ複数回設定する方法を説明する図である。
【図8】参照光の第三脈波信号から得られた拍動間隔に基づき、２つの測定光の投光タイミングを決定するための第一最大側投光期間と第一最小側投光期間とを設定する方法を説明する図である。
【図9】第一最大側投光期間と第一最小側投光期間とのそれぞれに、２つの測定光のそれぞれの投光タイミングを１回ずつ設定する方法を説明する図である。
【図10】図１０（Ａ）は、２つの測定光の投光タイミングを決定するための最大側閾値を設定する方法を説明する図であり、図１０（Ｂ）は、２つの測定光の投光タイミングを決定するための最小側閾値を設定する方法を説明する図である。
【図11】第一最大側投光期間と第一最小側投光期間とのそれぞれに、２つの測定光のそれぞれの投光タイミングを複数回ずつ設定する方法を説明する図である。
【図12】体動に伴う拍動の振幅変化を説明するグラフである。
【図13】呼吸に伴う拍動の振幅変化を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下に本実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一の部分及び類似の部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【0033】
＜酸素飽和度測定装置＞
本実施形態に係る酸素飽和度測定装置１０の構造を、図１～図３を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る酸素飽和度測定装置１０は、バンド１２と、筐体１４と、センサユニット１６と、表示部１８と、演算制御部２０と、を備える、被測定者が装着可能な携帯型のウェアラブルデバイスである。
本実施形態に係る酸素飽和度測定装置１０の構造を、図１～図３を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る酸素飽和度測定装置１０は、バンド１２と、筐体１４と、センサユニット１６と、表示部１８と、演算制御部２０と、を備える、被測定者が装着可能な携帯型のウェアラブルデバイスである。
【0034】
また、本実施形態に係る酸素飽和度測定装置１０には、駆動電源１１が設けられる。駆動電源１１は、１次電池であってもよいし、或いは２次電池であってもよい。なお、本開示では、酸素飽和度測定装置の形状は、被測定者が装着可能なウェアラブルデバイスに限定されない。本開示の酸素飽和度測定装置は、装着の有無を問わない携帯型、例えば、手首に近接可能な携帯型であってもよいし、或いは据置型等、任意に構成されてよい。
【0035】
なお、本明細書では「前腕の延びる方向Ｅ」は、被測定者の橈骨の延びる方向、尺骨の延びる方向及び動脈の延びる方向のいずれの方向とも重なる。また「前腕の延びる方向Ｅ」は、厳密には被測定者毎に異なる。すなわち「前腕の延びる方向Ｅ」は、３次元空間内で座標によって一義的に決定されるものではなく、被測定者毎の橈骨の延びる方向、尺骨の延びる方向及び動脈の延びる方向に基づいて個別に決定される。
【0036】
（バンド）
図１に示すように、バンド１２は、手首の周方向Ｃに沿って、被測定者の手首に巻かれる。バンド１２の素材は、例えば樹脂、布地、金属等、任意である。また、バンド１２には手首に巻かれた際の長さを調節し、かつ、固定するための留め金が設けられる。
図１に示すように、バンド１２は、手首の周方向Ｃに沿って、被測定者の手首に巻かれる。バンド１２の素材は、例えば樹脂、布地、金属等、任意である。また、バンド１２には手首に巻かれた際の長さを調節し、かつ、固定するための留め金が設けられる。
【0037】
（筐体）
筐体１４は、バンド１２に取り付けられ、被測定者の手首の甲側（すなわち、手背側）の表面に接触する。筐体１４の素材は、樹脂や金属等、任意である。筐体１４は、前腕の延びる方向Ｅに沿って一定の幅を有する。筐体１４には、センサユニット１６と、表示部１８と、演算制御部２０とが設けられる。
筐体１４は、バンド１２に取り付けられ、被測定者の手首の甲側（すなわち、手背側）の表面に接触する。筐体１４の素材は、樹脂や金属等、任意である。筐体１４は、前腕の延びる方向Ｅに沿って一定の幅を有する。筐体１４には、センサユニット１６と、表示部１８と、演算制御部２０とが設けられる。
【0038】
（表示部）
図１に示すように、表示部１８は、筐体１４の手首とは反対側の表面に配置される。表示部１８は、例えば液晶等によって形成される画像表示装置である。表示部１８は、演算制御部２０による演算結果を、被測定者が視認できるように、外部に対して表示する。表示部１８には、測定結果を一時的に保存する記憶装置が設けられてもよい。
図１に示すように、表示部１８は、筐体１４の手首とは反対側の表面に配置される。表示部１８は、例えば液晶等によって形成される画像表示装置である。表示部１８は、演算制御部２０による演算結果を、被測定者が視認できるように、外部に対して表示する。表示部１８には、測定結果を一時的に保存する記憶装置が設けられてもよい。
【0039】
（センサユニット）
センサユニット１６は、バンド１２に取り付けられる。センサユニット１６は、手首の動脈の脈波信号を取得すると共に、取得された脈波信号に基づいて手首の動脈の酸素飽和度を測定する。本実施形態のセンサユニットは、被測定者の手首の手背側で、例えば、背側手根動脈網に含まれる動脈に対向する。背側手根動脈網には、橈骨動脈からの枝や尺骨動脈からの枝が含まれる。なお、本開示では、測定対象の動脈は、手首の動脈に限定されない。
センサユニット１６は、バンド１２に取り付けられる。センサユニット１６は、手首の動脈の脈波信号を取得すると共に、取得された脈波信号に基づいて手首の動脈の酸素飽和度を測定する。本実施形態のセンサユニットは、被測定者の手首の手背側で、例えば、背側手根動脈網に含まれる動脈に対向する。背側手根動脈網には、橈骨動脈からの枝や尺骨動脈からの枝が含まれる。なお、本開示では、測定対象の動脈は、手首の動脈に限定されない。
【0040】
図２に示すように、センサユニット１６は、第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２と第三発光素子ＬＥＤ３とを有する発光部１６Ａと、受光素子ＰＤを有する受光部１６Ｂと、を有する。すなわち、本実施形態では、３つの発光素子と、３つの発光素子に対応する１つの受光素子とによって、１つの「センサユニット」が構成される。なお、本開示では、複数のセンサユニットが設けられてよい。また、１つの「センサユニット」中に含まれる発光素子の個数と、受光素子の個数とは、いずれも任意に設定できる。
【0041】
筐体１４における発光部１６Ａと外部との間には、開口部１４Ａが形成される。開口部１４Ａには、発光素子から投光される光に対する透光性を有する光学装置１５Ａが配置される。光学装置１５Ａは、例えば、照射領域を拡大可能な拡散レンズである。また、図示を省略するが、発光素子の上側に、拡散レンズと共に、又は拡散レンズの代わりに拡散剤が配置されてもよい。
【0042】
また、筐体１４における受光部１６Ｂと外部との間には、開口部１４Ｂが形成される。開口部１４Ｂには、手首の動脈からの反射光に対する透光性を有する光学装置１５Ｂが配置される。光学装置１５Ｂは、例えば、反射光を集めることが可能な集光レンズである。なお、本開示では、光学装置１５Ａ及び光学装置１５Ｂは、必須ではない。
【0043】
（発光素子）
第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２と第三発光素子ＬＥＤ３とは、いずれも例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の電子部品である。それぞれの発光素子は、手首の動脈に対し光を照射する。第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２と第三発光素子ＬＥＤ３とは、互いに離れて配置される。なお、本開示では、第一発光素子、第二発光素子及び第三発光素子のそれぞれの個数は、１つ以上、任意である。
第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２と第三発光素子ＬＥＤ３とは、いずれも例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の電子部品である。それぞれの発光素子は、手首の動脈に対し光を照射する。第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２と第三発光素子ＬＥＤ３とは、互いに離れて配置される。なお、本開示では、第一発光素子、第二発光素子及び第三発光素子のそれぞれの個数は、１つ以上、任意である。
【0044】
（第一発光素子及び第二発光素子）
第一発光素子ＬＥＤ１は、動脈に対して赤色光を投光する。第二発光素子ＬＥＤ２は、動脈に対して赤外光を投光する。図２中には赤色光の波長λ１が、第一発光素子ＬＥＤ１の内側に例示されると共に、赤外光の波長λ２が、第二発光素子ＬＥＤ２の内側に例示されている。なお、第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２とは、それぞれが投光した光の光路が可能な限り同一に近づくように配置されることが、測定精度を高める観点から好ましい。
第一発光素子ＬＥＤ１は、動脈に対して赤色光を投光する。第二発光素子ＬＥＤ２は、動脈に対して赤外光を投光する。図２中には赤色光の波長λ１が、第一発光素子ＬＥＤ１の内側に例示されると共に、赤外光の波長λ２が、第二発光素子ＬＥＤ２の内側に例示されている。なお、第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２とは、それぞれが投光した光の光路が可能な限り同一に近づくように配置されることが、測定精度を高める観点から好ましい。
【0045】
（赤色光及び赤外光）
酸素飽和度の測定処理では、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる２つの波長帯を組み合わせて用いる必要がある。波長帯の組み合わせとしては、波長帯がおおよそ５９０ｎｍ以上、７７０ｎｍ以下の範囲である赤色領域と、波長帯がおおよそ７７０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲である赤外領域との組み合わせが好ましい。
酸素飽和度の測定処理では、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光係数が異なる２つの波長帯を組み合わせて用いる必要がある。波長帯の組み合わせとしては、波長帯がおおよそ５９０ｎｍ以上、７７０ｎｍ以下の範囲である赤色領域と、波長帯がおおよそ７７０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲である赤外領域との組み合わせが好ましい。
【0046】
特に、精度を高めて酸素飽和度を測定するためには、酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数との差が大きいほうが望ましい。このため、赤色光のピーク波長は、６４０ｎｍ以上、６６０ｎｍ以下の範囲内であると共に、赤外光のピーク波長は、９４０ｎｍ程度であることが好ましい。本実施形態では、赤色光と赤外光とは、動脈の１つの拍動の間に、例えば１回のように、時間的に間欠的に投光される。
【0047】
（第三発光素子）
第三発光素子ＬＥＤ３は、参照光を投光する。参照光は、動脈に対して赤色光及び赤外光よりＳＮ比が高い波長を有する。図２中には参照光の波長λ３が、第三発光素子ＬＥＤ３の内側に例示されている。本実施形態では参照光は、例えば、動脈の１つの拍動の間に１０回や２０回等、時間的に連続して投光される。なお、本開示では、参照光の投光回数は、ピークタイミングとボトムタイミングとを算出できる限り、任意に設定できる。
第三発光素子ＬＥＤ３は、参照光を投光する。参照光は、動脈に対して赤色光及び赤外光よりＳＮ比が高い波長を有する。図２中には参照光の波長λ３が、第三発光素子ＬＥＤ３の内側に例示されている。本実施形態では参照光は、例えば、動脈の１つの拍動の間に１０回や２０回等、時間的に連続して投光される。なお、本開示では、参照光の投光回数は、ピークタイミングとボトムタイミングとを算出できる限り、任意に設定できる。
【0048】
（参照光）
参照光は、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する。本実施形態では、光電式容積脈波記録法（ＰＰＧ）で得られる参照光に対応する受光光の脈波信号のＳＮ比は、赤色光のＳＮ比と赤外光のＳＮ比との両方より高い。参照光としては、例えば、動脈の血液中での吸光係数が比較的大きい、４３０ｎｍ以上、５９０ｎｍ以下の波長帯の光が好ましい。具体的には、波長帯が４３０ｎｍ以上、４９０ｎｍ以下の範囲である青色領域や、波長帯が４９０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の範囲である緑色領域が好ましい。
参照光は、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長を有する。本実施形態では、光電式容積脈波記録法（ＰＰＧ）で得られる参照光に対応する受光光の脈波信号のＳＮ比は、赤色光のＳＮ比と赤外光のＳＮ比との両方より高い。参照光としては、例えば、動脈の血液中での吸光係数が比較的大きい、４３０ｎｍ以上、５９０ｎｍ以下の波長帯の光が好ましい。具体的には、波長帯が４３０ｎｍ以上、４９０ｎｍ以下の範囲である青色領域や、波長帯が４９０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の範囲である緑色領域が好ましい。
【0049】
本実施形態では、特に、ピーク波長が５３０ｎｍ以上、５４０ｎｍ以下である緑色光は、血液中のヘモグロビンに吸収され易く、かつ、動脈血管の容積変化を捉え易いため、ＳＮ比が比較的高い脈波信号を得られる点で好ましい。また、緑色光の波長帯のＬＥＤ光源は、市場における入手性が高いと共に、比較的低価格であるため、参照光を照射する第三発光素子として有利である。なお、本開示では、４３０ｎｍ以下の紫色領域及び紫外領域の波長帯の光源についても、参照光の光源として除外されない。
【0050】
なお、本開示では、参照光は、緑色光に限定ない。本開示では、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い限り、ヘモグロビン吸収スペクトルから取り得る任意の帯域の光を参照光として採用できる。
【0051】
（受光素子）
受光素子ＰＤは、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等の電子部品である。受光素子ＰＤは、発光素子に対し予め設定された位置に配置される。本実施形態では、受光素子ＰＤの個数は、１つであるが、本開示では、受光素子の個数は、複数であってもよい。
受光素子ＰＤは、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等の電子部品である。受光素子ＰＤは、発光素子に対し予め設定された位置に配置される。本実施形態では、受光素子ＰＤの個数は、１つであるが、本開示では、受光素子の個数は、複数であってもよい。
【0052】
受光素子ＰＤは、赤色光に対応する反射光を受光し、受光された反射光の光強度に応じた第一脈波信号を出力する。また、受光素子ＰＤは、赤外光に対応する反射光を受光し、受光された反射光の光強度に応じた第二脈波信号を出力する。また、受光素子ＰＤは、参照光に対応する反射光を受光し、受光された反射光の光強度に応じた第三脈波信号を出力する。具体的な酸素飽和度の測定には、受光素子が受光する赤色光と赤外光との２種類の反射光が用いられる。
【0053】
なお、本開示では、受光素子は、赤色光、赤外光及び参照光のそれぞれの反射光に限定されず、それぞれの光に対応する透過光を受光し、受光された透過光の光強度に応じたそれぞれの脈波信号を出力してもよい。すなわち、本実施形態に係る酸素飽和度測定装置１０は、反射光によって脈波信号の強度が測定される反射型であるが、本開示では反射型に限定されず、透過光によって脈波信号の強度が測定される透過型の酸素飽和度測定装置が構成されてもよい。
【0054】
また、図示を省略するが、発光素子と受光素子との間には、遮光部が設けられてもよい。遮光部によって、受光素子が発光素子からの光を直接受光することが防止される。
【0055】
（酸素飽和度の測定原理）
ここで、２種類の照射光及び２種類の反射光が用いられる、酸素飽和度の測定原理を説明する。具体的には、赤色光の反射光の脈波信号における振幅の変化を経時的にモニタし、モニタされた脈波信号に含まれる脈波信号の変動成分（ＡＣ）と、変動しない固定成分（ＤＣ）とを算出する。そして、変動成分を固定成分で除す（ＡＣ／ＤＣ）ことによって、赤色光の灌流指標（Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ，ＰＩ）値を、ＰＩＲＥＤとして算出する。また、赤色光の場合と同様に、近赤外光の反射光の脈波信号における強度の変化を経時的にモニタすることによって、近赤外光の反射光のＰＩ値（ＰＩＩＲ）を算出する。
ここで、２種類の照射光及び２種類の反射光が用いられる、酸素飽和度の測定原理を説明する。具体的には、赤色光の反射光の脈波信号における振幅の変化を経時的にモニタし、モニタされた脈波信号に含まれる脈波信号の変動成分（ＡＣ）と、変動しない固定成分（ＤＣ）とを算出する。そして、変動成分を固定成分で除す（ＡＣ／ＤＣ）ことによって、赤色光の灌流指標（Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ，ＰＩ）値を、ＰＩＲＥＤとして算出する。また、赤色光の場合と同様に、近赤外光の反射光の脈波信号における強度の変化を経時的にモニタすることによって、近赤外光の反射光のＰＩ値（ＰＩＩＲ）を算出する。
【0056】
そして、赤色光のＰＩ値（ＰＩＲＥＤ）と近赤外光のＰＩ値（ＰＩＩＲ）との比（ＰＩＲＥＤ／ＰＩＩＲ）を算出する。そして、算出された比（ＰＩＲＥＤ／ＰＩＩＲ）を以下の式（１）に用いることによって、酸素飽和度を算出することができる。
酸素飽和度［％］＝ａ×（ＰＩＲＥＤ／ＰＩＩＲ）＋ｂ ・・・式（１）
式（１）中の係数ａ，ｂは、実験によって求めることができる。
酸素飽和度［％］＝ａ×（ＰＩＲＥＤ／ＰＩＩＲ）＋ｂ ・・・式（１）
式（１）中の係数ａ，ｂは、実験によって求めることができる。
【0057】
（演算制御部）
本実施形態では演算制御部２０は、筐体１４に設けられる。プロセッサは、第一発光素子と第二発光素子と第三発光素子と受光素子ＰＤとに電気的に接続される。演算制御部２０には、それぞれの発光素子から投光された光に対応する反射光の脈波信号のデータが、受光素子ＰＤから経時的に入力される。演算制御部２０は、反射光から取得された脈波信号に基づき、光が照射された動脈の酸素飽和度をＰＩ値の比を用いる方法等によって測定する。
本実施形態では演算制御部２０は、筐体１４に設けられる。プロセッサは、第一発光素子と第二発光素子と第三発光素子と受光素子ＰＤとに電気的に接続される。演算制御部２０には、それぞれの発光素子から投光された光に対応する反射光の脈波信号のデータが、受光素子ＰＤから経時的に入力される。演算制御部２０は、反射光から取得された脈波信号に基づき、光が照射された動脈の酸素飽和度をＰＩ値の比を用いる方法等によって測定する。
【0058】
図３に示すように、演算制御部２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：プロセッサ）２１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２３、ストレージ２４、ユーザインタフェース２５及び通信インタフェース２６を有する。各構成は、バス２７を介して相互に通信可能に接続されている。
【0059】
ＣＰＵ２１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２又はストレージ２４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ２３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２又はストレージ２４に記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。ＣＰＵ２１は、本開示のプロセッサである。
【0060】
本実施形態では、ＲＯＭ２２又はストレージ２４には、酸素飽和度測定プログラムが格納されている。酸素飽和度測定プログラムは、酸素飽和度を測定するための演算プログラムである。
【0061】
ＲＯＭ２２は、各種プログラム及び各種データを格納する。ＲＡＭ２３は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ２４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
【0062】
ユーザインタフェース２５は、ウェアラブルデバイスである酸素飽和度測定装置１０を装着する被測定者が演算制御部２０を使用する際のインタフェースである。ユーザインタフェース２５は、例えば、被測定者によるタッチ操作を可能とするタッチパネルを備えた液晶ディスプレイ、被測定者による音声入力を受け付ける音声入力受付部、及び被測定者が押下可能なボタン等の少なくとも一つを含み得る。本実施形態の表示部は、ユーザインタフェース２５の一例である。
【0063】
通信インタフェース２６は、演算制御部２０が、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。
【0064】
酸素飽和度測定プログラムを実行する際に、酸素飽和度測定装置１０は、上記のハードウェア資源を用いて、各種の機能を実現する。酸素飽和度測定装置１０が実現する機能構成として、酸素飽和度測定装置１０は、投光タイミング決定部、発光制御部及び酸素飽和度測定部を有する。各機能構成は、ＣＰＵ２１が、ＲＯＭ２２又はストレージ２４に記憶された酸素飽和度測定プログラムを読み出し、実行することにより実現される。
【0065】
【0066】
まず、図４中のステップＳ１に示すように、プロセッサ２１は、第三発光素子ＬＥＤ３によって、測定対象の動脈に対して参照光を投光する。
【0067】
次に、図４中のステップＳ２に示すように、プロセッサ２１は、受光素子ＰＤによって、参照光に対応する受光光を受光する。受光素子ＰＤは、参照光の受光光に対応する第三脈波信号ＰＳ３をプロセッサ２１に対して出力する。結果、図４中のステップＳ３に示すように、プロセッサ２１は、第三脈波信号ＰＳ３を取得する。
【0068】
（投光タイミング決定処理）
次に、プロセッサ２１は、図４中のステップＳ４に示すように、第三脈波信号ＰＳ３のピークタイミング及びボトムタイミングに基づいて、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを決定する。
次に、プロセッサ２１は、図４中のステップＳ４に示すように、第三脈波信号ＰＳ３のピークタイミング及びボトムタイミングに基づいて、第一投光タイミングと第二投光タイミングとを決定する。
【0069】
具体的には、図５に示すように、プロセッサ２１の投光タイミング決定部は、第三脈波信号ＰＳ３の１つの拍動中におけるピークタイミングＴＭと、ボトムタイミングＴｍとを算出する。そして、プロセッサ２１は、算出されたピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに基づいて、第一発光素子ＬＥＤ１が赤色光を投光する第一投光タイミングと、第二発光素子ＬＥＤ２が赤外光を投光する第二投光タイミングと、を決定する。
【0070】
（発光制御処理）
次に、プロセッサ２１は、図４中のステップＳ５に示すように、第一投光タイミングで赤色光を、第二投光タイミングで赤外光を、それぞれ投光する。具体的には、プロセッサ２１の発光制御部は、第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２とを制御する。
次に、プロセッサ２１は、図４中のステップＳ５に示すように、第一投光タイミングで赤色光を、第二投光タイミングで赤外光を、それぞれ投光する。具体的には、プロセッサ２１の発光制御部は、第一発光素子ＬＥＤ１と第二発光素子ＬＥＤ２とを制御する。
【0071】
発光制御部は、第一発光素子ＬＥＤ１に対して第一投光タイミングＴＦ１で赤色光を投光させると共に第二発光素子ＬＥＤ２に対して第二投光タイミングＴＦ２で赤色光を投光させる。図５中の最上段には、参照光に対応する受光光の第三脈波信号ＰＳ３のデータ点の軌跡と、軌跡中から抽出されたピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとのそれぞれの位置から下側に鉛直に延びる仮想線が例示されている。
【0072】
図５中の最上段の参照光のピークタイミングＴＭと、図５中の中段の赤色光の第一投光タイミングＴＦ１と、図５中の最下段の赤外光の第二投光タイミングＴＦ２とは、同じ仮想線上に位置することによって、それぞれが同時刻であることが示されている。
【0073】
また、図５中の最上段の参照光のボトムタイミングＴｍと、図５中の中段の赤色光の第一投光タイミングＴＦ１と、図５中の最下段の赤外光の第二投光タイミングＴＦ２とは、同じ仮想線上に位置することによって、それぞれが同時刻であることが示されている。
【0074】
すなわち、図５中に例示された投光パターンでは、赤色光と赤外光とが、参照光のピークタイミングＴＭと同期し、かつ、ボトムタイミングＴｍと同期して投光される。第一投光タイミングＴＦ１で投光された赤色光に応じて、受光素子ＰＤは、第一脈波信号ＰＳ１を出力する。また、第二投光タイミングＴＦ２で投光された赤外光に応じて、受光素子ＰＤは、第二脈波信号ＰＳ２を出力する。
【0075】
（酸素飽和度測定処理）
次に、プロセッサ２１は、図４中のステップＳ６に示すように、第一投光タイミングＴＦ１で投光された赤色光に対応する第一脈波信号ＰＳ１と、第二投光タイミングＴＦ２で投光された赤外光に対応する第二脈波信号ＰＳ２とをそれぞれ取得する。そして、図４中のステップＳ７に示すように、プロセッサ２１の酸素飽和度測定部は、受光素子ＰＤが出力した第一脈波信号ＰＳ１と第二脈波信号ＰＳ２とに基づいて動脈の酸素飽和度を算出する。算出された酸素飽和度は、測定値として表示部１８に表示される。
次に、プロセッサ２１は、図４中のステップＳ６に示すように、第一投光タイミングＴＦ１で投光された赤色光に対応する第一脈波信号ＰＳ１と、第二投光タイミングＴＦ２で投光された赤外光に対応する第二脈波信号ＰＳ２とをそれぞれ取得する。そして、図４中のステップＳ７に示すように、プロセッサ２１の酸素飽和度測定部は、受光素子ＰＤが出力した第一脈波信号ＰＳ１と第二脈波信号ＰＳ２とに基づいて動脈の酸素飽和度を算出する。算出された酸素飽和度は、測定値として表示部１８に表示される。
【0076】
（投光タイミング決定処理の具体例）
次に、上記した投光タイミング決定処理の具体例として、本実施形態における処理１と処理２とをそれぞれ詳しく説明する。処理１は、第三脈波信号ＰＳ３の拍動間隔が主として用いられる方法である。また、処理２は、第三脈波信号ＰＳ３の振幅が主として用いられる方法である。
次に、上記した投光タイミング決定処理の具体例として、本実施形態における処理１と処理２とをそれぞれ詳しく説明する。処理１は、第三脈波信号ＰＳ３の拍動間隔が主として用いられる方法である。また、処理２は、第三脈波信号ＰＳ３の振幅が主として用いられる方法である。
【0077】
（処理１）
まず、処理１を、図６～図８を参照しつつ説明する。図６に示すように、プロセッサ２１は、過去に、実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３のピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに基づいて、将来に到来が予想される第三脈波信号ＰＳ３の予測拍動の拍動間隔を算出する。図６中の最上段には、参照光の第三脈波信号ＰＳ３が例示されている。予測拍動の拍動間隔は、例えば、実際に取得された複数の第三脈波信号ＰＳ３の拍動間隔の平均として算出できる。なお、本開示では、予測拍動の拍動間隔の算出方法は、平均に限定されず、任意の方法を採用できる。
まず、処理１を、図６～図８を参照しつつ説明する。図６に示すように、プロセッサ２１は、過去に、実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３のピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに基づいて、将来に到来が予想される第三脈波信号ＰＳ３の予測拍動の拍動間隔を算出する。図６中の最上段には、参照光の第三脈波信号ＰＳ３が例示されている。予測拍動の拍動間隔は、例えば、実際に取得された複数の第三脈波信号ＰＳ３の拍動間隔の平均として算出できる。なお、本開示では、予測拍動の拍動間隔の算出方法は、平均に限定されず、任意の方法を採用できる。
【0078】
また、プロセッサ２１は、予測拍動の中における予測ピークタイミングＴＥＭと、予測ボトムタイミングＴＥｍとを算出する。図６中の上から２段目には、参照光のピークタイミングＴＭ及び予測ピークタイミングＴＥＭが、図６中の上から３段目には、参照光のボトムタイミングＴｍ及び予測ボトムタイミングＴＥｍが、それぞれ例示されている。
【0079】
予測ピークタイミングＴＥＭは、例えば、現時点で取得されたピークタイミングＴＭに予測拍動の拍動間隔を加えることによって算出できる。同様に、予測ボトムタイミングＴＥｍは、例えば、現時点の直近に取得されたボトムタイミングＴｍに予測拍動の拍動間隔を加えることによって算出できる。なお、本開示では、予測ピークタイミングＴＥＭ及び予測ボトムタイミングＴＥｍの算出方法は、これに限定されず、任意の方法を採用できる。
【0080】
そして、本実施形態では、プロセッサ２１は、算出された予測ピークタイミングＴＥＭと予測ボトムタイミングＴＥｍとに基づいて、予測拍動の中における第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２と、を決定するように構成される。図６中の最下段には、赤色光の第一投光タイミングＴＦ１と赤外光の第二投光タイミングＴＦ２とが、ピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとのそれぞれに基づき、１回ずつ設定された場合が例示されている。
【0081】
また、図６中の投光パターンでは、予測拍動の最大振幅に応じて算出される第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とは、ピークタイミングＴＭより速い。また、図６中の投光パターンでは、予測拍動の最小振幅に応じて算出される第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とは、ボトムタイミングＴｍより遅い。図６に示すように、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とは、ピークタイミングＴＭ及びボトムタイミングＴｍのそれぞれと、厳密に同期する必要はなく、ピークタイミングＴＭ及びボトムタイミングＴｍのそれぞれに基づいて決定されればよい。
【0082】
また、図７に示すように、複数の第一投光タイミングＴＦ１と複数の第二投光タイミングＴＦ２とが、ピークタイミングＴＭ及びボトムタイミングＴｍのそれぞれに基づいて決定されてもよい。
【0083】
（第一最大側投光期間及び第一最小側投光期間）
また、図８に示すように、処理１では、プロセッサ２１は、第一最大側投光期間ＤＭ１と第一最小側投光期間Ｄｍ１とを更に設定できる。
また、図８に示すように、処理１では、プロセッサ２１は、第一最大側投光期間ＤＭ１と第一最小側投光期間Ｄｍ１とを更に設定できる。
【0084】
具体的には、プロセッサ２１は、予測拍動の直前の拍動中のピークタイミングＴＭから予測拍動の拍動間隔ＤＥの２／３が経過するタイミング以降、かつ、予測ピークタイミングＴＥＭまでの期間を、第一最大側投光期間ＤＭ１として設定する。
【0085】
また、プロセッサ２１は、予測拍動の予測ボトムタイミングＴＥｍ以降、かつ、予測ボトムタイミングＴＥｍから予測拍動の拍動間隔ＤＥの１／３が経過するタイミングの前までの期間を、第一最小側投光期間Ｄｍ１として設定する。そして、プロセッサ２１は、設定された第一最大側投光期間ＤＭ１と第一最小側投光期間Ｄｍ１とのそれぞれにおいて、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定するように構成される。
【0086】
第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とが、拍動間隔ＤＥの２／３が経過するタイミングの前、又は、予測ピークタイミングＴＥＭを超えるタイミングの場合、最大振幅として得られる値が実際の動脈の最大振幅と離れ過ぎるため、測定精度が低下する。また、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とが、予測ボトムタイミングＴＥｍより前、又は、拍動間隔ＤＥの１／３が経過するタイミング以降の場合、最小振幅として得られる値が実際の動脈の最小振幅と離れ過ぎるため、測定精度が低下する。
【0087】
【0088】
（第二最大側投光期間及び第二最小側投光期間）
図９に示すように、プロセッサ２１は、ピークタイミングＴＭで過去に実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３の最大振幅に基づいて、第三脈波信号ＰＳ３の予測拍動の中における予測最大振幅と振幅の最大側閾値とを予め設定する。予測最大振幅と最大側閾値とは、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定するために算出される。
図９に示すように、プロセッサ２１は、ピークタイミングＴＭで過去に実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３の最大振幅に基づいて、第三脈波信号ＰＳ３の予測拍動の中における予測最大振幅と振幅の最大側閾値とを予め設定する。予測最大振幅と最大側閾値とは、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定するために算出される。
【0089】
予測最大振幅は、例えば、過去に取得された最大振幅の平均によって算出できる。なお、本開示では、予測最大振幅の算出方法は、平均に限定されず、任意の方法を採用できる。また、図１０（Ａ）に示すように、最大側閾値は、例えば、第三脈波信号ＰＳ３の最大振幅と最小振幅との差の２／３以上に設定できる。最大側閾値が最大振幅と最小振幅との差の２／３未満の場合、最大振幅として得られる値が実際の動脈の最大振幅と離れ過ぎるため、測定精度が低下する。
【0090】
このため、プロセッサ２１は、時間的に連続的に取得される第三脈波信号ＰＳ３の振幅が、最大側閾値以上に上昇したとき、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定することが可能となるように構成される。換言すると、プロセッサ２１は、変化する第三脈波信号ＰＳ３の振幅が、最大閾値を超えて下降を始めた後、最大側閾値未満の状態に到達したとき、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定することが不可能となるように構成される。結果、第三脈波信号ＰＳ３の実際の拍動の中において、振幅が最大側閾値以上である第二最大側投光期間ＤＭ２が形成される。
【0091】
また、プロセッサ２１は、ボトムタイミングＴｍで過去に実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３の最小振幅に基づいて、第三脈波信号ＰＳ３の予測拍動の中における予測最小振幅と、振幅の最小側閾値とを予め設定する。予測最小振幅と最小側閾値とは、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定するために算出される。
【0092】
予測最小振幅は、例えば、過去に取得された最小振幅の平均によって算出できる。なお、本開示では、予測最小振幅の算出方法は、平均に限定されず、任意の方法を採用できる。また、図１０（Ｂ）に示すように、最小側閾値は、例えば、第三脈波信号ＰＳ３の最大振幅と最小振幅との差の１／３以下に設定できる。最小側閾値が最大振幅と最小振幅との差の１／３を超える場合、最小振幅として得られる値が実際の動脈の最小振幅と離れ過ぎるため、測定精度が低下する。
【0093】
このため、プロセッサ２１は、時間的に連続的に取得される第三脈波信号ＰＳ３の振幅が、最小側閾値以下に下降したとき、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定することが可能となるように構成される。換言すると、プロセッサ２１は、変化する第三脈波信号ＰＳ３の振幅が、最小閾値を超えて上昇を開始した後、最小側閾値を超えた状態に到達したとき、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定することが不可能となるように構成される。結果、第三脈波信号ＰＳ３の実際の拍動の中において、振幅が最小側閾値以下である第二最小側投光期間Ｄｍ２が形成される。
【0094】
また、図１１に示すように、複数の第一投光タイミングＴＦ１と複数の第二投光タイミングＴＦ２とが、第二最大側投光期間ＤＭ２と第二最小側投光期間Ｄｍ２とのそれぞれにおいて決定されてもよい。
【0095】
（処理１と処理２との切替）
本実施形態では、被測定者の拍動の状態を表す変動係数に基づいて、処理１と処理２とが切り替えられてもよい。具体的には、プロセッサ２１は、過去に実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３の拍動間隔に基づいて、変動係数を算出する。変動係数は、例えば、過去に取得された１０拍のような一定の脈拍数における拍動間隔の標準偏差を、一定の脈拍数中の拍動間隔の平均値で除することによって算出できる。なお、本開示では、変動係数算出に使用される拍数は、１０拍に限定されない。
本実施形態では、被測定者の拍動の状態を表す変動係数に基づいて、処理１と処理２とが切り替えられてもよい。具体的には、プロセッサ２１は、過去に実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３の拍動間隔に基づいて、変動係数を算出する。変動係数は、例えば、過去に取得された１０拍のような一定の脈拍数における拍動間隔の標準偏差を、一定の脈拍数中の拍動間隔の平均値で除することによって算出できる。なお、本開示では、変動係数算出に使用される拍数は、１０拍に限定されない。
【0096】
そして、プロセッサ２１は、算出された変動係数が予め設定された閾値以下である場合、拍動間隔に基づく決定方法である（処理１）を実行する。一方、変動係数が閾値を超える場合、振幅に基づく決定方法である（処理２）を実行するように構成される。
【0097】
（閾値）
本実施形態では、変動係数の閾値は、０．１以下である。なお、本開示では、これに限定されず、適宜変更できる。
本実施形態では、変動係数の閾値は、０．１以下である。なお、本開示では、これに限定されず、適宜変更できる。
【0098】
ここで、例えば不整脈のような拍動間隔のばらつきが生じる場合、拍動間隔に基づく（処理１）の決定方法では、測定精度が低下する懸念がある。このため、本実施形態では閾値は、拍動間隔のばらつきが生じるかどうか判断するために設定される。
【0099】
変動係数が閾値を超えることによって拍動間隔のばらつきが生じる可能性が高いと判断される場合、（処理１）でなく、振幅に基づく（処理２）が実行される。このため、酸素飽和度の測定精度の向上を図ることができる。
【0100】
一方、振幅に基づく（処理２）の決定方法の場合、被測定者の呼吸や体動等に起因する振幅変化が生じると、酸素飽和度の測定精度が低下する懸念がある。図１２中には、複数の矢印によって基線変動が表された脈波信号が、体動に伴う振幅変化の一例として例示されている。また、図１３中には、複数の矢印によって基線変動が表された脈波信号が、呼吸に伴う振幅変化の一例として例示されている。
【0101】
このため、本実施形態では、変動係数が閾値以下であることによって、拍動間隔のばらつきが生じる可能性が低いと判断される場合、（処理２）でなく拍動間隔に基づく（処理１）が実行される。結果、呼吸や体動等に起因する振幅変化の酸素飽和度測定への影響を抑えることができる。
【0102】
（比較例）
一方、本実施形態のように、赤色光及び赤外光のみが投光される比較例では、赤色光と赤外光とのそれぞれの最大振幅と最小振幅とを得るため、赤色光と赤外光とのそれぞれの投光回数が増大する。このため、投光における投入電力が増大してしまう。このため、比較例では、赤色光と赤外光とを、動脈の１つの拍動中に例えば数十回程度、拍動間隔よりも短い間隔で複数回繰り返す必要が生じる。
一方、本実施形態のように、赤色光及び赤外光のみが投光される比較例では、赤色光と赤外光とのそれぞれの最大振幅と最小振幅とを得るため、赤色光と赤外光とのそれぞれの投光回数が増大する。このため、投光における投入電力が増大してしまう。このため、比較例では、赤色光と赤外光とを、動脈の１つの拍動中に例えば数十回程度、拍動間隔よりも短い間隔で複数回繰り返す必要が生じる。
【0103】
また、図１４（Ｂ）中に例示された赤色光と図１４（Ｃ）中に例示された赤外光とのそれぞれに対応する脈波信号の波形は、図１４（Ａ）中に例示された参照光に対応する脈波信号の波形と比べ、不明瞭である。このため、振幅の算出程度が低くなり、結果、酸素飽和度の測定精度が低下する。
【0104】
（作用効果）
本実施形態では、動脈に対して投光される参照光の波長は、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長である。このため、参照光に対応する第三脈波信号ＰＳ３のＳＮ比は、赤色光に対応する第一脈波信号ＰＳ１及び赤外光に対応する第二脈波信号ＰＳ２よりも高くなる。また、第三脈波信号ＰＳ３の１つの拍動中におけるピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍと、に基づいて、赤色光を投光する第一投光タイミングＴＦ１と、赤外光を投光する第二投光タイミングＴＦ２と、が決定される。
本実施形態では、動脈に対して投光される参照光の波長は、赤色光及び赤外光よりも酸化ヘモグロビンの吸収係数と還元ヘモグロビンの吸収係数とが高い波長である。このため、参照光に対応する第三脈波信号ＰＳ３のＳＮ比は、赤色光に対応する第一脈波信号ＰＳ１及び赤外光に対応する第二脈波信号ＰＳ２よりも高くなる。また、第三脈波信号ＰＳ３の１つの拍動中におけるピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍと、に基づいて、赤色光を投光する第一投光タイミングＴＦ１と、赤外光を投光する第二投光タイミングＴＦ２と、が決定される。
【0105】
そして、第一投光タイミングＴＦ１で投光された赤色光に応じて受光素子ＰＤが出力した第一脈波信号ＰＳ１と、第二投光タイミングＴＦ２で投光された赤外光に応じて受光素子ＰＤが出力した第二脈波信号ＰＳ２と、に基づいて、動脈の酸素飽和度が測定される。
【0106】
１つの拍動中における第三脈波信号ＰＳ３の波形の中では、ピークタイミングＴＭにおいて振幅の最大側のピーク値である最大振幅が得られると共に、ボトムタイミングＴｍにおいて振幅の最小側のピーク値である最小振幅が得られる。このため、ピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに応じて決定される第一投光タイミングＴＦ１で測定用の赤色光が投光されることによって、赤色光に対応する受光光の第一脈波信号ＰＳ１の振幅の算出精度が向上する。
【0107】
同様に、ピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに応じて決定される第二投光タイミングＴＦ２で測定用の赤外光が投光されることによって、赤外光に対応する受光光の第二脈波信号ＰＳ２の振幅の算出精度が向上する。結果、第一脈波信号ＰＳ１と第二脈波信号ＰＳ２とに基づいて測定される酸素飽和度の測定精度が高まる。
【0108】
また、本実施形態では、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とが、１つの拍動中にそれぞれ１回ずつ形成されるピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに応じて決定される。すなわち、１回のピークタイミングＴＭと１回のボトムタイミングＴｍとに応じ、投光回数は、少なくとも２回で済む。このため、赤色光と赤外光とのそれぞれの投光が、測定対象の動脈の１つの拍動中に例えば５０回等、拍動間隔よりも短い間隔で複数回繰り返される場合に比べ、投入電力の低減を図ることができる。また、赤色光と赤外光とのそれぞれの投光回数及び受光回数を抑えることが可能になる。
【0109】
また、本実施形態では、赤色光と赤外光とのそれぞれの投光にかかる投入電力が低減される分、測定装置を長寿命できる。また、低減された投入電力を、一定の測定精度が担保される範囲内において赤色光の投光パワーと赤外光の投光パワーとに還元すれば、赤色光のＳＮ比と赤外光のＳＮ比とを改善できる。結果、酸素飽和度の測定精度をより向上できる。
【0110】
また、本実施形態では、実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３のピークタイミングＴＭとボトムタイミングＴｍとに基づいて、予測拍動の中における予測ピークタイミングＴＥＭと、予測ボトムタイミングＴＥｍとが算出される。
【0111】
算出された予測ピークタイミングＴＥＭと予測ボトムタイミングＴＥｍとに基づいて、予測拍動の中における第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２と、が決定される。このため、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを精度を高めて決定できる。
【0112】
また、本実施形態では、予測拍動の直前の拍動中のピークタイミングＴＭから予測拍動の拍動間隔ＤＥの２／３が経過するタイミング以降、かつ、予測ピークタイミングＴＥＭまでの期間が、第一最大側投光期間ＤＭ１として設定される。また、予測拍動の予測ボトムタイミングＴＥｍ以降、かつ、予測ボトムタイミングＴＥｍから予測拍動の拍動間隔ＤＥの１／３が経過するタイミングの前までの期間が、第一最小側投光期間Ｄｍ１として設定される。また、設定された第一最大側投光期間ＤＭ１と第一最小側投光期間Ｄｍ１とのそれぞれにおいて、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とが決定される。このため、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを、精度をより高めて決定できる。
【0113】
また、本実施形態では、ピークタイミングで実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３の最大振幅に基づいて、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定するための振幅の最大側閾値が設定される。また、第三脈波信号ＰＳ３の予測拍動の中における振幅が最大側閾値以上である第二最大側投光期間ＤＭ２と、が設定される。
【0114】
また、ボトムタイミングで実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３の最小振幅に基づいて、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを決定するための振幅の最小側閾値が設定される。また、第三脈波信号ＰＳ３の予測拍動の中における振幅が最小側閾値以上である第二最小側投光期間と、が設定される。
【0115】
そして、設定された第二最大側投光期間ＤＭ２と第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とが決定される。このため、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを精度を高めて決定できる。
【0116】
また、本実施形態では、最大側閾値は、第三脈波信号ＰＳ３の最大振幅と最小振幅との差の２／３以上であり、最小側閾値は、第三脈波信号ＰＳ３の最大振幅と最小振幅との差の１／３以下である。このため、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とを、精度をより高めて決定できる。
【0117】
また、本実施形態では、実際に取得された第三脈波信号ＰＳ３の拍動間隔に基づいて、被測定者の拍動の状態を表す変動係数を算出する。また、算出された変動係数が予め設定された閾値以下である場合、プロセッサ２１が（処理１）を実行することによって、第一最大側投光期間ＤＭ１と第一最小側投光期間Ｄｍ１とのそれぞれにおいて、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とが決定される。
【0118】
また、変動係数が閾値を超える場合、プロセッサ２１が（処理２）を実行することによって、第二最大側投光期間ＤＭ２と第二最小側投光期間とのそれぞれにおいて、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２とが決定される。すなわち、被測定者の拍動の状態に応じて、第一投光タイミングＴＦ１と第二投光タイミングＴＦ２との決定方法が切り替えられる。このため、被測定者の拍動の状態に応じて、好ましい酸素飽和度測定処理を選択できる。
【0119】
また、本実施形態では、変動係数の閾値は、０．１以内で設定される。このため、酸素飽和度測定処理の切替精度を向上できる。
【0120】
また、比較的コンパクトな１次電池又は２次電池で駆動される、ウェアラブルデバイスのような測定機器の場合、継続使用時間の短縮を回避する必要性から、１回あたりの投光パワーを大きくし難い。しかし、本実施形態では、計算負荷が抑制されることによって、投入電力の低減を図ることができる。このため、長寿命化を図ることが可能なウェアラブルデバイスを実現できる。
【0121】
＜その他の実施形態＞
本開示は上記の開示された実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本開示を限定するものであると理解すべきではない。
本開示は上記の開示された実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本開示を限定するものであると理解すべきではない。
【0122】
例えば本開示では、上記の実施形態で、ＣＰＵ２１がソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した酸素飽和度測定処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。
【0123】
また、酸素飽和度測定処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
【0124】
また、上記各実施形態では、酸素飽和度測定プログラムがＲＯＭ２２又はストレージ２４に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
【0125】
本開示は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むと共に、本開示の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【0126】
１０ 酸素飽和度測定装置
１１ 駆動電源
１２ バンド
１４ 筐体
１４Ａ，１４Ｂ 開口部
１５Ａ，１５Ｂ 光学装置
１６ センサユニット
１６Ａ 発光部
１６Ｂ 受光部
１８ 表示部
２０ 演算制御部
２１ プロセッサ
２４ ストレージ
２５ ユーザインタフェース
２６ 通信インタフェース
２７ バス
Ｃ 手首の周方向
ＤＥ 拍動間隔
ＤＭ１ 第一最大側投光期間
ＤＭ２ 第二最大側投光期間
Ｄｍ１ 第一最小側投光期間
Ｅ 前腕の延びる方向
ＬＥＤ１ 第一発光素子
ＬＥＤ２ 第二発光素子
ＬＥＤ３ 第三発光素子
ＰＤ 受光素子
ＰＳ１ 第一脈波信号
ＰＳ２ 第二脈波信号
ＰＳ３ 第三脈波信号
ＴＥＭ 予測ピークタイミング
ＴＥｍ 予測ボトムタイミング
ＴＦ１ 第一投光タイミング
ＴＦ２ 第二投光タイミング
ＴＭ ピークタイミング
Ｔｍ ボトムタイミング
１１ 駆動電源
１２ バンド
１４ 筐体
１４Ａ，１４Ｂ 開口部
１５Ａ，１５Ｂ 光学装置
１６ センサユニット
１６Ａ 発光部
１６Ｂ 受光部
１８ 表示部
２０ 演算制御部
２１ プロセッサ
２４ ストレージ
２５ ユーザインタフェース
２６ 通信インタフェース
２７ バス
Ｃ 手首の周方向
ＤＥ 拍動間隔
ＤＭ１ 第一最大側投光期間
ＤＭ２ 第二最大側投光期間
Ｄｍ１ 第一最小側投光期間
Ｅ 前腕の延びる方向
ＬＥＤ１ 第一発光素子
ＬＥＤ２ 第二発光素子
ＬＥＤ３ 第三発光素子
ＰＤ 受光素子
ＰＳ１ 第一脈波信号
ＰＳ２ 第二脈波信号
ＰＳ３ 第三脈波信号
ＴＥＭ 予測ピークタイミング
ＴＥｍ 予測ボトムタイミング
ＴＦ１ 第一投光タイミング
ＴＦ２ 第二投光タイミング
ＴＭ ピークタイミング
Ｔｍ ボトムタイミング
【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】
