WO2016031222A1

WO2016031222A1 - 測定装置及び測定方法

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Publication number: WO2016031222A1
Application number: PCT/JP2015/004230
Authority: WO
Inventors: 欣也杉本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: US20170224235A1; JP2016047120A

Abstract

　被検部位を接触部１４に接触させて生体情報を測定する測定装置１０は、被検部位から生体測定出力を取得する生体センサ１３と、生体測定出力に基づいて生体情報を測定する制御部１５と、当該生体情報の測定精度に関する情報を算出する演算部２０と、生体情報及び測定精度に関する情報を出力する情報出力部１８とを備える。

Description

測定装置及び測定方法

関連出願の相互参照

　本出願は、日本国特許出願２０１４－１７２９４３号（２０１４年８月２７日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

　本発明は、測定装置及び測定方法に関する。

　従来、被検者（ユーザ）の指先等の被検部位から生体出力情報を取得して、生体情報を測定する測定装置が知られている。例えば、生体情報として血流を測定する血流測定装置は、レーザ光を指先に照射し、指先の毛細血管の血流からの散乱光に基づいて血流を測定する（例えば、特許文献１参照）。

　生体情報の測定精度は被検部位の毛細血管の状態に左右されるが、毛細血管の状態は、測定を行うごとに、測定装置に対する被検部位の接触状態により変化する。また、毛細血管は、加齢によっても状態が変化することが知られている（例えば、非特許文献１乃至３参照）が、毛細血管の内径は、およそ、５μｍから１０μｍであり、平均では７μｍ程度であるとされている（例えば、非特許文献４参照）。

実公平３－２１２０８号公報

奥山　静代、牛山　潤一、村松　憲、村山　光義、佐々木　玲子、"若齢者における総頚動脈血管径、内中膜複合体厚および血圧の関係"、[online]、[平成２６年８月１４日検索]、インターネット〈URL：http://koara.lib.keio.ac.jp/xoonips/modules/xoonips/download.php/AN00135710-00480001-0001.pdf?file_id=52435〉 Hirofumi Tanaka、Frank A. Dinenno、Kevin D. Monahan、Christopher A. DeSouza、Douglas R. Seals、"Carotid artery wall hypertrophy with age is related to local systolic blood pressure in healthy men"、[online]、[平成２６年８月１４日検索]、インターネット〈URL：http://www.researchgate.net/publication/12183281_Carotid_artery_wall_hypertrophy_with_age_is_related_to_local_systolic_blood_pressure_in_healthy_men〉 Daniel H. O’leary、Joseph F. Polak、Richard A. Kronmal、Teri A. Manolio、Gregory L. Burke、Sidney K. Wolfson, Jr.、"Carotid-artery intima and media thickness as a risk factor for myocardial infraction and stroke in older adults"、[online]、[平成２６年８月１４日検索]、インターネット〈URL：http://info-centre.jenage.de/assets/pdfs/library/oleary_et_al_NEJoM_1999.pdf〉上野　英一、"血管（血管のモデルとは？）"、[online]、[平成２６年８月１４日検索]、インターネット〈URL：http://bio-omix.tmd.ac.jp/document/2007graduates/UenoE.pdf#search='%E6%8C%87+%E6%AF%9B%E7%B4%B0%E8%A1%80%E7%AE%A1+%E5%A4%AA'〉

　従来の測定装置では、被検者は、測定結果についての測定精度を知ることができなかったため、測定結果をどの程度信頼できるかを判断できなかった。

　かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、利便性を向上可能な測定装置及び測定方法を提供することにある。

　上記課題を解決するため、本発明に係る測定装置は、
　被検部位を接触部に接触させて生体情報を測定する測定装置であって、
　前記被検部位から生体測定出力を取得する生体センサと、
　前記生体測定出力に基づいて生体情報を測定する制御部と、
　当該生体情報の測定精度に関する情報を算出する演算部と、
　前記生体情報及び前記測定精度に関する情報を出力する情報出力部とを備える。

　前記接触部における前記被検部位の接触圧力を検出する圧力検出部と、
　周囲の気圧を測定する気圧測定部とをさらに備え、
　前記演算部は、前記接触圧力及び前記周囲の気圧に基づいて、前記測定精度に関する情報を算出してもよい。

　前記演算部は、前記接触圧力が所定の圧力以上の場合に、前記測定精度に関する情報を算出してもよい。

　前記生体情報は、血流に関する情報を含み、
　前記演算部は、下式（１）により、前記測定精度に関する情報を算出してもよい。

　但し、ｒ_Iは前記被検部位における平常時の血管の内径を示し、ｕ_pは前記血流の影響による血管内径の変位を示し、ｕ_sは前記接触圧力の影響による血管内径の変位を示す。

　前記演算部は、前記式（１）において、ｕ_pの絶対値がｕ_sの絶対値よりも大きい場合、測定精度を１に決定してもよい。

　また、本発明は上述した測定装置に実質的に相当する方法としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

　例えば、本発明に係る測定方法は、
　被検部位を接触部に接触させて生体情報を測定するにあたり、
　生体センサにより前記被検部位から生体測定出力を取得するステップと、
　制御部により前記生体測定出力に基づいて生体情報を測定するステップと、
　演算部により当該生体情報の測定精度に関する情報を算出するステップと、
　前記生体情報及び前記測定精度に関する情報を情報出力部に出力するステップとを含む。

　本発明に係る測定装置及び測定方法によれば、利便性を向上可能である。

本発明の一実施の形態に係る測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。測定装置の使用状態の一例を示す図である。測定結果及び測定精度の表示の一例を示す図である。血管の断面の模式図である。血管壁内の微小要素にかかる圧力を示す図である。円周方向の応力とその半径方向の成分との関係を示す図である。血流に起因する圧力の影響による血管壁内の一点の変位を示す図である。被検部位が接触部に接触した状態を示す模式図である。図１の制御部が行う血流量の測定処理の一例を示すフローチャートである。被検者の血管と血流とを示す模式図である。図１の測定装置を搭載した携帯電話機の一例を示す図である。

　以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

　図１は、本発明の一実施の形態に係る測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。測定装置１０は、圧力検出部１１と、気圧測定部１２と、生体センサ１３と、接触部１４と、制御部１５と、報知部１６と、記憶部１７と、表示部１８と、入力部１９と、演算部２０とを備える。

　測定装置１０は、接触部１４に接触する被検部位における生体情報を測定する。図２は、測定装置１０の使用状態の一例を示す図であり、ユーザが、測定装置１０に被検部位である手の指を押し当てた状態を示す図である。測定装置１０は、図２のように指が接触部１４に押し当てられた状態において、生体情報を測定する。生体情報は、生体センサ１３を使用して測定可能な任意の生体情報とすることができる。本実施の形態においては、測定装置１０は、一例として、血流に関する情報である被検者の血流量を測定するものとして、以下説明を行う。

　図１において、圧力検出部１１は、接触部１４に作用する接触圧力を検出する。圧力検出部１１は、例えば圧電素子により構成される。圧力検出部１１は、制御部１５に接続されており、検出した圧力を圧力信号として制御部１５に送信する。従って、圧力検出部１１は、接触部１４に被検部位が接触している場合、被検部位から接触部１４に作用する圧力を検出し、検出した圧力を圧力信号として制御部１５に送信する。

　気圧測定部１２は、測定装置１０の周囲の気圧を測定する。気圧測定部１２は、例えば、アネロイド型気圧計、ブルドン管気圧計、電気式気圧計等の周知の気圧計により構成される。気圧測定部１２は、制御部１５に接続されており、測定した気圧を信号として制御部１５に送信する。本実施の形態において、気圧測定部１２で測定された気圧は、後述するように、生体情報の測定精度の算出に使用される。

　生体センサ１３は、被検部位から生体測定出力を取得する。本実施の形態のように、測定装置１０が血流量を測定する場合、生体センサ１３は、光源２１と受光部２２とを有する。

　光源２１は、制御部１５の制御に基づいてレーザ光を射出する。光源２１は、例えば、血液中に含まれる所定の成分を検出可能な波長のレーザ光を、測定光として被検部位に照射するもので、例えばＬＤ（レーザダイオード：Laser Diode）により構成される。

　受光部２２は、生体測定出力として、被検部位からの測定光の散乱光を受光する。受光部２２は、例えば、ＰＤ（フォトダイオード：Photo Diode）により構成される。生体センサ１３は、受光部２２において受光した散乱光の光電変換信号を制御部１５に送信する。

　接触部１４は、被検者が生体情報を測定するために、指等の被検部位を接触させる部分である。接触部１４は、例えば、板状の部材により構成される。接触部１４は、少なくとも光源２１からの測定光及び被検部位からの散乱光に対して透明な部材により構成される。

　制御部１５は、測定装置１０の各機能ブロックをはじめとして、測定装置１０の全体を制御及び管理するプロセッサである。制御部１５は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成され、かかるプログラムは、例えば記憶部１７又は外部の記憶媒体等に格納される。

　制御部１５は、光源２１からのレーザ光の射出を制御する。例えば、制御部１５は、被検者が測定装置１０を操作することによって生体情報を測定可能な状態とした後、圧力検出部１１が接触部１４における接触圧力を検出したときに、光源２１からレーザ光を射出させる。レーザ光の射出により、生体センサ１３による生体測定出力の取得が開始される。制御部１５は、レーザ光の射出により、生体センサ１３が生体測定出力の取得を開始した後、生体センサ１３による生体測定出力の取得が終了したか否かを判断する。制御部１５は、生体測定出力の取得が終了したと判断した場合、光源２１からのレーザ光の出力を停止させる。制御部１５は、例えば、生体センサ１３が生体測定出力の取得を開始してから、所定時間経過後に、生体測定出力の取得が終了したと判断してもよい。また、制御部１５は、例えば、生体センサ１３が、生体情報を測定するために十分な生体測定出力を取得したとき、生体測定出力の取得が終了したと判断してもよい。制御部１５は、このようにして、生体センサ１３における生体測定出力の取得を制御する。

　制御部１５は、圧力検出部１１から圧力信号を取得する。そして、制御部１５は、接触部１４における被検部位の接触圧力が、所定の圧力以上であるか否かを判断する。所定の圧力は、例えば、後述する測定精度を導出するために使用する算出アルゴリズムに基づいて算出される測定精度に関する情報が測定精度としての機能を果たしうる圧力であり、例えば予め記憶部１７に記憶される。

　制御部１５は、接触部１４における被検部位の接触圧力が所定の圧力以上であると判断した場合、演算部２０に測定精度を算出させる。すなわち、演算部２０は、制御部１５の制御に基づいて、算出アルゴリズムを用いて生体情報の測定精度を算出する。演算部２０は、例えば、測定している生体情報の時間経過に伴う測定精度を算出する。演算部２０は、生体情報を測定した時間全体における測定精度を数値として算出してもよい。なお、具体的な算出アルゴリズムについては後述する。また、本実施の形態では、演算部２０は、制御部１５とは異なる独立した機能部として説明しているが、演算部２０の機能は、制御部１５に含まれていてもよい。この場合、制御部１５が測定精度を算出する。

　制御部１５は、接触部１４における被検部位の接触圧力が所定の圧力未満であると判断した場合、報知部１６から、接触圧力に関する情報の報知を行う。接触圧力に関する情報の報知は、例えば、接触圧力が所定の圧力未満であることを被検者に知らせる報知である。接触圧力に関する情報の報知は、例えば、接触圧力を強めるよう指示する報知であってもよい。

　報知部１６は、例えば、画像、文字若しくは発光等による視覚的な方法、音声等の聴覚的な方法、又はそれらの組み合わせにより報知を行うことができる。報知部１６は、視覚的な方法で報知を行う場合、例えば、表示部１８等の表示デバイスに、画像又は文字を表示することにより報知を行う。報知部１６は、例えば、ＬＥＤ等の発光素子を発光させることにより報知を行ってもよい。報知部１６は、聴覚的な方法で報知を行う場合、例えば、スピーカ等の音発生デバイスとして、アラーム音や音声ガイド等を出力することにより報知を行う。報知部１６が行う報知は、視覚的又は聴覚的な方法に限られず、被検者が認識可能な任意の方法であってもよい。

　制御部１５は、生体センサ１３における生体情報出力の取得が終了すると、生体情報出力（受光部２２の出力）に基づいて、生体情報を生成する。本実施の形態に係る測定装置１０では、制御部１５が生体情報を生成するとして説明するが、生体情報は、制御部１５とは異なる独立した機能部により生成されてもよい。

　ここで、制御部１５による、ドップラーシフトを利用した血流量測定技術について説明する。制御部１５は、血流量を測定する際に、生体の組織内（被検部位）に光源２１からレーザ光を照射させ、受光部２２により生体の組織内から散乱された散乱光を受光する。そして、制御部１５は、受光された散乱光に関する出力に基づいて血流量を演算する。

　生体の組織内において、動いている血球から散乱された散乱光は、血液中の血球の移動速度に比例したドップラー効果による周波数シフト（ドップラーシフト）を受ける。制御部１５は、静止した組織からの散乱光と、動いている血球からの散乱光との光の干渉によって生じるうなり信号（ビート信号ともいう）を検出する。このうなり信号は、強度を時間の関数として表したものである。そして、制御部１５は、このうなり信号を、パワーを周波数の関数として表したパワースペクトルにする。このうなり信号のパワースペクトルでは、ドップラーシフト周波数は血球の速度に比例し、パワーは血球の量に対応する。そして、制御部１５は、うなり信号のパワースペクトルに周波数をかけて積分することにより血流量を求める。

　制御部１５は、測定した生体情報を表示部１８に表示する。制御部１５は、測定精度を算出している場合、生体情報とともに、算出した測定精度を表示部１８に表示する。図３は、測定結果及び測定精度の表示の一例を示す図である。制御部１５は、例えば図３に示すように、時間の経過に伴う血流量及び測定精度の変化を測定結果として表示する。図３に示す例では、測定精度が実線により、血流量が破線により、それぞれ示されている。

　制御部１５は、接触圧力が所定の圧力未満であるために、測定精度を算出していない場合、生体情報を表示するとともに、表示された測定結果の測定精度が極めて低い旨の表示を行ってもよい。

　図３に示す血流量の３つの極大のうち、中央の極大値は、他の極大値と比較して低くなっている。かかる中央の極大を測定した時刻において、測定精度は一時的に低くなっている。これは、中央の極大を測定した時刻の前後においては、接触圧力が血流量の測定に適した圧力であったのに対し、中央の極大を測定した時刻においては、例えば接触圧力が一時的に高くなっているか、又は低くなっていること等により、血流量が適切に測定できなかったことを示している。

　記憶部１７は、半導体メモリ又は磁気メモリ等で構成することができ、各種情報や測定装置１０を動作させるためのプログラム等を記憶するとともに、ワークメモリとしても機能する。記憶部１７は、例えば、測定装置１０が測定した血流量を、測定精度と対応付けて記憶してもよい。

　記憶部１７は、演算部２０が測定精度を算出するために使用する各種情報を記憶する。例えば、記憶部１７は、算出アルゴリズムを用いて測定精度を算出するか否かの判断基準となる所定の圧力を記憶する。また、記憶部１７は、演算部２０が測定精度の算出にあたり必要となる被検者に関する情報を記憶する。被検者に関する情報は、例えば、被検者の性別、年齢、身長及び平常時の血圧等であり、これらの情報は、例えば、被検者により入力部１９から入力される。平常時の血圧は、例えば、予め被検者が周知の血圧計により測定した血圧である。

　記憶部１７は、さらに、演算部２０が測定精度を算出するために用いる算出アルゴリズムとともに、制御部１５が算出アルゴリズムにおいて使用するために必要な情報（データ）を記憶する。制御部１５が算出アルゴリズムにおいて使用するために必要な情報は、例えば、年齢に対する標準的な血管の内径及び外径との関係を示すデータである。加齢による血管の変化については、例えば、非特許文献１乃至３に記載されている。制御部１５は、被検者により入力された年齢に基づき、記憶部１７に記憶されたデータを参照して、被検者の血管の内径及び外径を決定する。なお、本実施の形態において記憶部１７が記憶する情報は、年齢と血管の標準的な内径及び外径との関係を示すデータに限られない。記憶部１７が記憶する情報の他の例は、後述する演算部２０実行する算出アルゴリズムの説明において示す。演算部２０は、記憶部１７に記憶されたデータを参照して算出アルゴリズムを実行し、生体情報の測定精度を算出する。

　表示部１８は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は無機ＥＬディスプレイ等の表示デバイスである。表示部１８は、例えば、測定装置１０による生体情報の測定結果を表示する。表示部１８は、測定装置１０の傾きに関する情報を被検者に報知することにより、報知部１６として機能することもできる。

　入力部１９は、被検者からの操作入力を受け付けるものであり、例えば、操作ボタン（操作キー）から構成される。入力部１９をタッチパネルにより構成し、表示部１８の一部に被検者からの操作入力を受け付ける入力部１９を表示して、被検者によるタッチ操作入力を受け付けてもよい。被検者は、例えば、入力部１９を操作することにより、例えば測定装置１０が組み込まれた携帯電話機等の電子機器において、生体情報を測定するための専用アプリケーションを起動させることができる。

　次に、演算部２０による測定精度の算出について説明する。演算部２０は、例えば、血管内径の変化率により測定精度を算出する。具体的には、演算部２０は、上述した式（１）により測定精度を算出する。

　式（１）において、ｒ_Iは平常時の血管の内径である。平常時の血管の内径ｒ_Iは、例えば、被検者により入力された性別及び年齢に基づき、制御部１５が、記憶部１７に記憶された性別及び年齢ごとの標準的な血管の内径に関するデータを参照して決定する。なお、この血管の内径ｒ_Iは、およそ、５μｍから１０μｍであり、平均では７μｍ程度である。ｕ_pは、血管内部の血流の影響による血管内径の変位であり、ｕ_sは、接触部１４に接触させた被検部位の接触圧力の影響による血管内径の変位である。血流の影響による血管内径の変位ｕ_p及び接触圧力の影響による血管内径の変位ｕ_sは、演算部２０により、所定の算出アルゴリズムを用いて算出される。

　本実施の形態における算出アルゴリズムでは、被検部位の血管を、弾性を有する理想的な円筒であると仮定して、ユーザの押圧による血管内径の変位を推定し、血管内径の変化を算出する。なお、算出アルゴリズムは、本明細書に開示するものに限られず、血管内径の変位を推定可能な任意のアルゴリズムを使用できる。

　ここで、血管の内径ｒ_Iは、血管内部の血流と、外部からの圧力（本実施の形態では、接触圧力）との影響を受けて変化する。すなわち、血管は、血管内部の血流により内径ｒ_Iを拡張させる圧力を受ける一方、接触圧力により内径ｒ_Iを収縮させる圧力を受ける。なお、本実施の形態で用いられる算出アルゴリズムでは、血管の半径方向及び円周方向には応力が発生するが、長さ方向には応力が発生しないものと仮定する。なお、以下の説明において参照する図４から図８については、説明の便宜上、微小要素が拡大して表示されていることに注意されたい。また、微小要素に関係して表示される矢印は、例えば、矢印により示される各要素の方向を示すために用いられている。そのため、これらの矢印については、例えば、必ずしも図面における矢印の始点が、当該矢印が示す要素が作用する点となっていないことに注意されたい。

　血管の内径ｒ_Iの変化に関し、まず、血流による変化について説明する。図４は、血管の断面の模式図である。図４のように、血管壁内における扇形状の微小要素に対して血管の半径方向にかかる、血流による圧力について説明する。ここで、血管の中心を原点とし、半径方向をｒ、円周方向をｔとする座標を考える。微小要素における半径方向ｒと同一の方向の軸をＸ軸、Ｘ軸に直交する軸（接線方向の軸）をＹ軸とする。

　図５は、血管壁内の微小要素にかかる圧力を示す図である。ここで、血管の中心から微小要素までの距離をα（すなわち、ｒ＝α）、扇形状の微小要素がなす中心角をθ、血管壁内の微小要素への半径方向（ｒ方向）の圧力をσ_rとする。このとき、図５（ａ）に示す、微小要素の外径方向にかかる圧力は、式（２）のように表される。

　一方、図５（ｂ）に示す、微小要素の内径方向に係る圧力は、微小要素にかかる半径方向（ｒ方向）の応力と円周方向（ｔ方向）の応力σ_tの半径方向の成分との和により表される。従って、円周方向（ｔ方向）の応力σ_tの半径方向の成分をσ_Xとすると、微小要素の内径方向に係る圧力は、式（３）のように表される。

　静止状態において、微小要素の外径方向にかかる圧力と、微小要素の内径方向に係る圧力とは釣り合っているため、式（２）及び式（３）とに基づき、式（４）が成立する。

　ここで、図６に示すように、円周方向の応力σ_tの半径方向の成分σ_Xは、円周方向の応力σ_tの、半径方向（Ｘ軸）への正射影であるから、円周方向の応力σ_tの半径方向の成分σ_Xは、式（５）のように表される。

　式（５）を式（４）に代入して整理すると、式（６）が得られる。

　式（６）において微小項を無視すると、式（７）が得られる。

　ここで、血管の中心からの距離がα（すなわち、ｒ＝α）の位置にある血管壁内の一点における、血流による圧力の影響による変位について考える。図７は、血流に起因する圧力の影響による血管壁内の一点の変位を示す図である。ここでは、血管を、弾性を有する理想的な円柱であると仮定しているため、血管壁における半径αの円周は、一様に伸縮する。図７（ａ）のように血管による圧力の影響がない状態から、図７（ｂ）のように血管による圧力の影響を受けた状態となった場合、血管壁内の一点の半径方向の変位をｕ（α）とすると、半径α＋ｄαにおける変位は、式（８）のように表される。

　ここで、ひずみの定義式ε＝ΔＬ／Ｌより、血管壁内の一点における半径方向のひずみε_rは、式（９）のように表される。

　同様に、血管壁内の一点における円周方向のひずみε_tは、式（１０）のように表される。

　ここで、血管の長さ方向には応力が発生しないものと仮定しているため、一般のｘｙ平面座標において、式（１１）及び式（１２）により表される２次元応力の関係式が成立する。なお、Ｅは血管に固有の縦弾性係数であり、νはポアソン比である。縦弾性係数Ｅ及びポアソン比νは、被検者に関する情報に基づいて、演算部２０が、記憶部１７に記憶されたデータを参照して決定する。

　式（１１）及び式（１２）に対し、それぞれｘ＝ｒ、ｙ＝ｔとして、式（９）及び式（１０）を代入すると、式（１３）及び式（１４）が得られる。

　式（１３）及び式（１４）を、式（７）に代入して計算すると、式（１５）が得られる。

　式（１５）を変形すると、式（１６）に示す微分方程式が得られる。

　式（１６）の微分方程式を解くと、ｃ₁及びｃ₂を積分定数として、式（１７）が得られる。

　式（１７）の両辺を微分すると、式（１８）が得られる。

　式（１３）に、式（１７）で得られたｕ及び式（１８）で得られたｄu／ｄαを代入して計算すると、式（１９）に示すように、σ_rの一般解が得られる。

　ここで、境界条件から積分定数ｃ₁及びｃ₂を求める。図４に示すように、血管の内半径をｒ₁、外半径をｒ₂とする。血管壁から血管壁の内面側にかかる圧力をＰとすると、α＝ｒ₁において、σ_r＝－Ｐが成立する。この条件を式（１９）に代入すると、式（２０）が得られる。

　ここで、Ｐは、血流による血管内圧に静水圧を加算することにより求められる。大気圧をＰ₀、血液の密度をρ、重力加速度をｇ、被検部位の心臓からの高さの変位をｈとすると、Ｐは、式（２１）により表される。大気圧Ｐ₀は、気圧測定部１２により測定される測定装置１０の周囲の気圧である。血液の密度ρは、例えば、被検者により入力された性別に基づき、演算部２０が、記憶部１７に記憶された性別ごとの血液の密度を参照して決定する。被検部位の心臓からの高さの変位ｈは、例えば、被検者により入力された身長に基づき、演算部２０が、記憶部１７に記憶された身長ごとの標準的な心臓の高さと生体情報の測定姿勢における被検部位の位置との高さの関係のデータを参照して決定する。

　次に、血管壁の外面側について考えると、血管壁の外面側には圧力がかかっていないため、α＝ｒ₂において、σ_r＝０が成立する。この条件を式（１９）に代入すると、式（２２）が得られる。

　式（２０）と式（２２）とを解くと、積分定数ｃ₁及びｃ₂が得られる。積分定数ｃ₁及びｃ₂を、それぞれ式（２３）及び式（２４）に示す。但し、ｎ＝ｒ₁／ｒ₂である。

　式（２３）及び式（２４）のように算出した積分定数ｃ₁及びｃ₂を、式（１９）に代入すると、血管壁内の半径方向の圧力σ_r1の解が得られる。圧力σ_r1の解は、式（２５）に示すとおりである。

　また、式（２３）及び式（２４）により算出した積分定数ｃ₁及びｃ₂を、式（１７）に代入することにより、血流の影響による血管壁の変位ｕ₁の解が得られる。変位ｕ₁の解は、式（２６）に示すとおりである。

　ここで、血流の影響による血管内径の変位ｕ_pは、α＝ｒ₁において成立するため、これを式（２６）に代入すると、血流の影響による血管内径の変位ｕ_pが得られる。血流の影響による血管内径の変位ｕ_pは、式（２７）に示すとおりである。

　次に、血管の内径ｒ_Iの変化に関し、接触圧力の影響による変化について説明する。図８は、被検部位が接触部１４に接触した状態を示す模式図であり、すなわち被検者が生体情報を測定している状態を示すものである。図８に示すように、血管は、接触部１４に接触する被検部位の接触圧力に応じて、接触部１４から被検部位に与えられる圧力を受ける。この圧力により、血管は収縮する。血管の収縮による血管壁の微小要素の変位ｕについては、式（２）から式（１６）と同様に計算することができ、式（１７）のように表される。

　次に、血管の内径ｒ_Iが接触圧力の影響により変化する場合における積分定数を求める。上記血流の影響による変化の場合と区別するために、ここでは式（１７）の積分定数ｃ₁及びｃ₂を、それぞれ積分定数ｃ₃及びｃ₄を読み替えるものとする。血管壁の内面側は、接触圧力の影響を受けないため、α＝ｒ₁において、σ_r＝０が成立する。この条件を式（１９）に代入すると、式（２８）が得られる。

　また、血管壁の外面側について考えると、血管の外部から血管壁の外面側にかかる圧力をＳとすると、α＝ｒ₂において、σ_r＝－Ｓが成立する。この条件を式（１９）に代入すると、式（２９）が得られる。

　式（２８）と式（２９）とを解くと、積分定数ｃ₃及びｃ₄が得られる。積分定数ｃ₃及びｃ₄を、それぞれ式（３０）及び式（３１）に示す。

　式（３０）及び式（３１）のように算出した積分定数ｃ₃及びｃ₄を、式（１９）に代入すると、接触圧力の影響による血管壁内の半径方向の圧力σ_r2の解が得られる。圧力σ_r2の解は、式（３２）に示すとおりである。

　また、式（３０）及び式（３１）により算出した積分定数ｃ₃及びｃ₄を、式（１７）に代入することにより、接触圧力の影響による血管壁の変位ｕ₂の解が得られる。変位ｕ₂の解は、式（３３）に示すとおりである。

　ここで、接触圧力の影響による血管内径の変位ｕ_Sは、α＝ｒ₁において成立するため、これを式（３３）に代入すると、接触圧力の影響による血管内径の変位ｕ_Sが得られる。接触の影響による血管内径の変位ｕ_Sは、式（３４）に示すとおりである。

　血管の内径ｒ_Iは、血管内部の血流と、接触圧力との影響を受けて変化するため、内径ｒ_Iの変化は、ｕ_p＋ｕ_sにより表される。演算部２０は、このようにして得られた内径の変位を使用して、式（１）を計算することにより、測定精度を算出する。

　なお、演算部２０は、式（１）による測定精度の最大値を１としてもよい。すなわち、式（１）において、ｕ_p＋ｕ_sが正の数となる場合、式（１）の計算結果は１より大きくなるが、この場合、演算部２０は、測定精度を１と決定してもよい。ここで、ｕ_p及びｕ_sをそれぞれ示す、式（２７）及び式（３４）を参照すると、ｕ_pの符号は正であるのに対し、ｕ_sの符号は負である。つまり、ｕ_p＋ｕ_sが正の数となるとなるのは、ｕ_pの絶対値が、ｕ_sの絶対値よりも大きい場合である。従って、演算部２０は、ｕ_pの絶対値が、ｕ_sの絶対値よりも大きい場合、測定精度を１に決定してもよい。

　次に、制御部１５が行う血流量の測定処理の一例について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。制御部１５は、被検者が測定装置１０を操作することにより、測定装置１０が生体情報を測定可能な状態となった場合に、図１０のフローを開始する。

　制御部１５は、圧力検出部１１が接触部１４における接触圧力を検出したときに、光源２１からレーザ光を射出させる（ステップＳ１０１）。レーザ光の射出により、制御部１５は、生体センサ１３における生体測定出力の取得を開始する。

　次に、制御部１５は、圧力検出部１１が検出した、接触部１４における接触圧力に関する情報を示す圧力信号を取得する（ステップＳ１０２）。

　制御部１５は、取得した圧力信号に基づき、接触部１４における接触圧力が記憶部１７に記憶された所定の圧力以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。

　制御部１５は、接触圧力が所定の圧力以上であると判断した場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、演算部２０に上述の算出アルゴリズムを実行させ、式（１）により導出される測定精度を算出させる（ステップＳ１０４）。このとき、制御部１５は、演算部２０が算出した測定精度を記憶部１７に記憶させる。そして、ステップＳ１０６に移行する。

　一方、制御部１５は、接触圧力が所定の圧力未満であると判断した場合（ステップＳ１０３のＮｏ）接触圧力を強めるよう指示する報知を報知部１６から行う（ステップＳ１０５）。そして、ステップＳ１０６に移行する。

　制御部１５は、ステップＳ１０４又はステップＳ１０５の後、生体センサ１３による生体測定出力の取得が終了したか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

　制御部１５は、生体測定出力の取得が終了していないと判断した場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、生体測定出力の取得を継続しながら、ステップＳ１０２に移行する。

　制御部１５は、生体測定出力の取得が終了したと判断した場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、光源２１からのレーザ光の射出を停止する（ステップＳ１０７）。

　制御部１５は、取得した生体測定出力に基づいて、生体情報を生成する（ステップＳ１０８）。このとき、制御部１５は、生成した生体情報を記憶部１７に記憶させてもよい。

　そして、制御部１５は、生体情報の測定結果を表示部１８に表示する（ステップＳ１０９）。制御部１５は、ステップＳ１０４において演算部２０が生体情報の測定精度を算出していた場合（ステップＳ１０３のＹｅｓの場合）、生体情報の測定結果とともに、演算部２０が算出した測定精度を表示する。制御部１５は、演算部２０が測定精度を算出していない場合（ステップＳ１０３のＮｏの場合）、測定精度が極めて低い旨を表示してもよい。例えば、制御部１５は、測定精度に関する情報を「０」という数値により表示してもよい。

　このように、本実施の形態に係る測定装置１０は、生体情報の測定結果とともに、測定した生体情報の測定精度を表示部１８に表示することにより、被検者に通知できる。そのため、被検者は、表示された測定結果の測定精度を確認することにより、測定結果の信頼性が高いか否かを判断できる。このようにして、測定装置１０により、利便性が向上する。また、制御部１５は、接触圧力が所定の圧力以上の場合に、演算部２０に測定精度に関する情報を算出させ、接触圧力が所定の圧力未満の場合に、演算部２０に測定精度に関する情報を算出させない。つまり、制御部１５は、測定精度としての機能を果たしうる場合に、算出アルゴリズムを適用して算出する測定精度に関する情報を算出させる。従って、測定精度の信頼性を一定水準以上に維持できる。さらに、制御部１５は、接触圧力が所定の圧力未満の場合に、接触圧力を強めるよう指示する報知を報知部１６から行うことにより、被検者は接触圧力を強めることができるため、接触圧力が所定の圧力以上になるよう調整される可能性が高まる。その結果、測定装置１０は、測定精度を表示する可能性が高まる。なお、測定装置１０は、接触圧力が所定の圧力以上場合も所定の圧力未満の場合も生体情報を測定するため、接触圧力が所定の圧力でなければ測定を開始しない測定装置と比較して、接触圧力を調整しなければならないという被検者の精神的負担を軽減できる。

　本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

　例えば、上記実施の形態では、生体情報及び測定精度に関する情報を、表示部１８に表示すると説明したが、生体情報及び測定精度に関する情報の被検者への通知手段は、表示部１８に限られない。測定装置１０は、生体情報及び測定精度に関する情報を被検者に通知可能な任意の情報出力部を有していればよい。情報出力部は、上記実施の形態における報知部１６と同様に、視覚的又は聴覚的な方法、その他被検者が認識可能な任意の方法で情報を出力する。

　上記実施の形態において、演算部２０は、式（１）により測定精度を算出すると説明したが、測定精度の算出は、他の適切な計算式により行われてもよい。例えば、演算部２０は、式（３５）により測定精度を算出してもよい。

　式（３５）において、Ｆは、血管におけるある断面を単位時間当たりに通過する血液の量を示す。図１０は、被検者の血管と血流とを示す模式図である。断面を単位時間当たりに通過する血液の量Ｆは、脈圧ΔＰと血管抵抗Ｒとにより、式（３６）のように表される。なお、脈圧ΔＰは、収縮期血圧（最高血圧）と拡張期血圧（最低血圧）との差である。

　式（３６）において、血管抵抗Ｒは、血液の粘度Ｖ、血管の長さＬ及び血管の内径ｒ_Iにより、式（３７）のように表される。血液の粘度Ｖは、例えば、被検者に関する情報に基づいて、演算部２０が、記憶部１７に記憶されたデータを参照して決定する。

　他の例として、演算部２０は、例えば式（３８）により測定精度を算出してもよい。

　式（３８）は、式（１）を単位時間でサンプリングした際の平均変化率である。演算部２０は、式（３８）により測定精度を算出する場合、測定精度を、生体測定出力を取得した時間にわたる時間平均の数値として算出する。従って、この場合には、制御部１５は、図３に示すグラフではなく、数値として測定精度を表示部１８に表示する。

　さらに他の例として、演算部２０は、例えば、生体測定出力のサンプリングごとに式（３９）を満たすか否かを判断する。ここで、Ｔ_upper及びＴ_lowerは、Ｔ_upper＜Ｔ_lowerを満たす所定の閾値である。

　演算部２０は、全サンプリング数のうち、式（３９）を満たすサンプリング数を数え上げ、全サンプリング数に対する式（３９）を満たすサンプリング数の比を測定精度として決定してもよい。

　上記実施の形態に係る測定装置１０は、様々な電子機器に搭載することができる。図１１は、図１の測定装置１０を搭載した携帯電話機の一例を示す図である。図１１（ａ）に示すように、携帯電話機３０は、その背面側に測定装置１０を備える。

　図１１（ｂ）は、被検者が、測定装置１０を備える携帯電話機３０を使用して、生体情報の測定を行う場合の一例を示す図である。被検者は、指を測定装置１０の接触部１４に接触させることにより、測定装置１０に生体情報を測定させる。

　測定装置１０が、図４のように電子機器に搭載される場合、図１に示した測定装置１０の各機能部の機能は、電子機器が有する各機能部が有していてもよい。例えば、制御部１５は、携帯電話機３０が有する報知機能部を報知部１６として使用してもよい。

　携帯電話機３０における測定装置１０の配置は、図１１に示すものに限定されない。測定装置１０は、例えば、携帯電話機３０の背面における他の部分に配置されてもよく、また、携帯電話機３０の表面又は側面等に配置されてもよい。

　測定装置１０が搭載される電子機器は、携帯電話機３０に限られない。例えば、携帯型ミュージックプレイヤ、ノートパソコン、腕時計、タブレット端末、ゲーム機などの多岐にわたる任意の電子機器に測定装置１０を搭載できる。

　また、上記実施の形態では、測定装置１０が備える制御部１５が、受光部２２の出力に基づいて生体情報を生成すると説明したが、生体情報の生成は、測定装置１０が備える制御部１５が行う場合に限られない。例えば、測定装置１０と、有線若しくは無線又はこれらの組み合わせからなるネットワークで接続されたサーバ装置が、制御部１５及び演算部２０に相当する機能部を備え、生体情報の生成及び測定精度の算出は、この機能部を有するサーバ装置で行われてもよい。この場合、測定装置１０は、生体センサ１３により生体情報出力を取得して、取得した生体情報出力を、別途備える通信部からサーバ装置に送信する。そして、サーバ装置は、生体情報出力に基づいて生体情報を生成し、算出アルゴリズムに基づいて生体情報の測定精度を算出する。その後、サーバ装置は、生成した生体情報と算出した測定精度とを測定装置１０に送信する。測定装置１０が受信した生体情報が、測定精度とともに表示部１８に表示させることにより、被検者は測定結果を確認することができる。このように、サーバ装置が生体情報を生成する場合、図１に示す全ての機能部を１つの測定装置１０上で実現する場合に比べて、測定装置１０の小型化等を実現することができる。

　１０　測定装置
　１１　圧力検出部
　１２　気圧測定部
　１３　生体センサ
　１４　接触部
　１５　制御部
　１６　報知部
　１７　記憶部
　１８　表示部
　１９　入力部
　２０　演算部
　２１　光源
　２２　受光部
　３０　携帯電話機

Claims

　被検部位を接触部に接触させて生体情報を測定する測定装置であって、
　前記被検部位から生体測定出力を取得する生体センサと、
　前記生体測定出力に基づいて生体情報を測定する制御部と、
　当該生体情報の測定精度に関する情報を算出する演算部と、
　前記生体情報及び前記測定精度に関する情報を出力する情報出力部と
を備える測定装置。
　前記接触部における前記被検部位の接触圧力を検出する圧力検出部と、
　周囲の気圧を測定する気圧測定部とをさらに備え、
　前記演算部は、前記接触圧力及び前記周囲の気圧に基づいて、前記測定精度に関する情報を算出する、
請求項１に記載の測定装置。
　前記演算部は、前記接触圧力が所定の圧力以上の場合に、前記測定精度に関する情報を算出する、請求項２に記載の測定装置。
　前記生体情報は、血流に関する情報を含み、
　前記演算部は、下式（１）により、前記測定精度に関する情報を算出する、請求項２に記載の測定装置。

　但し、ｒ_Iは前記被検部位における平常時の血管の内径を示し、ｕ_pは前記血流の影響による血管内径の変位を示し、ｕ_sは前記接触圧力の影響による血管内径の変位を示す。
　前記演算部は、前記式（１）において、ｕ_pの絶対値がｕ_sの絶対値よりも大きい場合、測定精度を１に決定する、請求項４に記載の測定装置。
　被検部位を接触部に接触させて生体情報を測定するにあたり、
　生体センサにより前記被検部位から生体測定出力を取得するステップと、
　制御部により前記生体測定出力に基づいて生体情報を測定するステップと、
　演算部により当該生体情報の測定精度に関する情報を算出するステップと、
　前記生体情報及び前記測定精度に関する情報を情報出力部に出力するステップと
を含む測定方法。