JP6152111B2 - 非侵襲生体計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、被験者の指に光を照射して透過光を得、透過光を撮像部で受けて指を撮像し、得られた画像を処理して被験者の生体情報を検出する非侵襲生体計測装置に関する。

被験者の手指に光を照射し、その透過光又は反射光を受光部で受光して光学情報を取得し、当該光学情報を解析して被験者の生体情報を得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）。特許文献１に開示されている無侵襲生体計測装置は、被験者の手指を載置する基台と、前記基台に載置された手指を覆うカバー部と、前記カバー部に取り付けられた２つの光源部と、撮像部とを備え、前記光源部から発せられた光が被験者の手指を透過した透過光を撮像部で受けて前記手指を撮像し、被験者の手指の透過画像を得て、当該画像を処理することで被験者のヘモグロビン濃度を検出する構成となっている。

特開２０００−２６２４９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている無侵襲生体計測装置にあっては、カバー部に設けられた光源部から測定対象である被験者の手指の全体に光を均一に照射することができなかった。このため、得られる画像は局所的に暗い部分と明るい部分とが存在し、明瞭な画像ではなかった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、被験者の指の明瞭な画像を得ることができ、従来に比して生体情報の検出精度が向上した非侵襲生体計測装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の非侵襲生体計測装置は、測定対象である被験者の指を載置するための基台と、前記基台に載置された指の長手方向に沿って並ぶように配置された複数の発光部と、前記複数の発光部の光量それぞれを調整する光量調整部と、前記発光部から発せられた光が前記基台に載置された指を透過した透過光を受け、前記指の画像を得る撮像部と、前記撮像部によって得られた画像を処理することにより、被験者の生体情報を検出する情報処理部と、を備え、前記光量調整部は、前記基台に載置された指の関節に近い位置に設けられた発光部の光量を、他の発光部の光量に比して低くするように構成されている。

これにより、指の長手方向についての透過光量が均一化されるので、被験者の指の画像が局所的に暗くなったり、明るくなったりすることが防止されて、明瞭な画像が得られる。また、画像が明瞭になることで、画像処理の対象となる注目領域が広くなるため、従来に比してより適切な注目領域を設定することが可能となる。その結果、処理対象の像である血管部分の像を検索可能な領域をより広くすることができ、従来に比して生体情報の検出精度が向上する。

上記態様において、前記基台に載置された指の関節から離れるにしたがって、前記発光部の光量を高くするように構成されていてもよい。指では関節部分から離れるにしたがって光を透過しにくくなるので、このようにすることで、被験者の指の画像が局所的に暗くなったり、明るくなったりすることを防止することができる。

上記態様において、前記光量調整部は、前記基台に載置された指の関節から離れるにしたがって、非線形的に光量が増加するように前記発光部の光量を調整するように構成されていてもよい。指では関節部分から離れるにしたがって非線形に光の透過率が変化するので、このようにすることで、指の長手方向についての透過光量がより一層均一化される。

上記態様において、前記光量調整部は、前記基台に載置された指の関節からの距離に対する前記発光部の光量の変化の程度を決定し、決定された光量の変化の程度にしたがって前記発光部の光量を調整するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記光量調整部は、前記基台に載置された指を透過した透過光の光量の平均値が所定値となるように、前記発光部の光量を調整するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記光量調整部は、前記撮像部により得られた前記指の透過画像に基づいて、前記発光部の光量を調整するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記光量調整部は、前記撮像部により得られた前記指の透過画像の輝度に基づいて、前記発光部の光量を調整するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記情報処理部は、前記撮像部による被験者の指の撮像処理に先だって、前記発光部の光量調整処理を実行するように前記光量調整部を制御するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記発光部のそれぞれは、互いに異なる波長の光を発する複数の発光素子を具備し、同一の波長の光を発する発光素子が、前記基台に載置された指の長手方向に沿って並ぶように配置されていてもよい。

本発明によれば、被験者の指の明瞭な画像を得ることができ、生体情報の検出精度を向上させることが可能となる。

実施の形態に係る非侵襲生体計測装置の外観構成を示す斜視図。 実施の形態に係る非侵襲生体計測装置の構成を示すブロック図。 測定ユニットの構成を示す側面断面図。 発光部の構成を示す底面図。 発光部の構成を示す回路図。 実施の形態に係る非侵襲生体計測装置の動作の手順を示すフローチャート。 光量調整処理の手順を示すフローチャート。 発光部の光量調整を説明するためのグラフ。 発光部の光量調整を説明するためのグラフ。 従来の照明方法による手指の透過画像の一例を示す図。 実施の形態に係る非侵襲生体計測装置による光量調整処理を実行した後の手指の透過画像の一例を示す図。 ヘモグロビン濃度検出処理の手順を示すフローチャート（前半）。 ヘモグロビン濃度検出処理の手順を示すフローチャート（後半）。 輝度プロファイルの一例を示すグラフ。 吸収プロファイルの作成及びベースラインの決定処理の手順を示すフローチャート。 吸収プロファイルの一例を示すグラフ。 吸収プロファイルの一例を示すグラフ。 血管プロファイルの一例を示すグラフ。 静脈酸素化指標検出処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

＜非侵襲生体計測装置の構成＞
図１は、本実施の形態に係る非侵襲生体計測装置１の外観構成を示す斜視図である。非侵襲生体計測装置１は、測定ユニット２と、情報処理ユニット７とを備えている。測定ユニット２は、被験者の手指を撮像するためのものであり、情報処理ユニット７は、測定ユニット２の撮像データ（画像データ）を処理して、被験者の生体情報（ヘモグロビン値、静脈酸素化指標）を検出し、検出結果としての生体情報を表示するためのものである。

測定ユニット２は、被験者の手指８を載置可能な基台２１と、基台２１に載置された手指８を覆うためのカバー部２２とを備えている。カバー部２２は、基台２１の上方に配置されており、基台２１に枢着されている。カバー部２２は、基台２１に対して揺動することで開閉する（手指８を覆ったり、手指８を露出させたりする）ことが可能である。

図２は、非侵襲生体計測装置１の構成を示すブロック図である。測定ユニット２は、発光装置３と、ＣＣＤからなる撮像部４と、発光装置３の発光量を調整する光量調整部５と、通信インタフェース６とを有している。

図３は、測定ユニット２の構成を示す側面断面図である。発光装置３は、複数のＬＥＤを具備しており、カバー部２２に配置されている。基台２１の内部には、基盤が設けられており、当該基盤上に撮像部４と光量調整部５と通信インタフェース６とが取り付けられている。撮像部４は、受光面が上方を向くように前記基盤上に設けられており、撮像部４の上方にはレンズ系４１が配置されている。また、カバー部２２が閉じられたときに、撮像部４の上方に発光装置３が位置するように構成されている。

基台２１には、上述したように被験者の手指８を載置することが可能である。このとき、被験者の手の中指８が撮像部４の直上に位置するように載置される。また、基台２１は、被験者の手の中指８の形状に適合するように成形されており、被験者の手が基台２１上に載置されたときに、被験者の手の中指８の第２関節が撮像部４の撮像範囲の中央に位置するように構成されている。

基台２１上に被験者の手指８が載置され、カバー部２２が閉じられると、発光装置３と撮像部４とが被験者の手指８を上下に挟むように互いに対向する。発光装置３は、下方へ向けて光を照射するように構成されており、発光装置３から照射された光は被験者の手指８を透過する。この透過光がレンズ系４１を介して撮像部４に到達する。こうして、撮像部４によって被験者の手指８の透過画像が得られる。

光量調整部５は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）によって構成されている。かかる光量調整部５は、撮像部４の出力信号を受け、この出力信号に基づいて発光装置３の光量調整を行うようになっている。発光装置３の光量調整についての詳細は後述する。

図２に示すように、通信インタフェース６は、撮像部４及び光量調整部５と通信可能に接続されている。かかる通信インタフェース６は、例えばＵＳＢインタフェースにより構成されており、情報処理ユニット７と通信ケーブルを介して接続されている。つまり、測定ユニット２は、通信インタフェース６により、情報処理ユニット７に対してデータの送受信が可能となっている。

情報処理ユニット７は、ＣＰＵ７１と、ＲＯＭ７２と、ＲＡＭ７３と、外部記憶装置７４と、入力部７５と、通信インタフェース７６と、表示部７７とを有する。

ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２に記憶されているコンピュータプログラム及びＲＡＭ７２にロードされたコンピュータプログラムを実行する。ＲＡＭ７３は、ＲＯＭ７２および外部記憶装置７４に記録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、ＲＡＭ７３は、これらのコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ７１の作業領域としても利用される。

外部記憶装置７４は、ハードディスク又はフラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置によって構成されている。かかる外部記憶装置７４には、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラムなど、ＣＰＵ７１に実行させるための種々のコンピュータプログラム及びコンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。

入力部７５は、図１に示すように複数のキーが設けられた操作部である。ユーザはこの入力部のキーを操作することにより、非侵襲生体検査装置１に各種の指示を入力したり、データを入力したりすることができる。表示部７７は、ＣＰＵ７１から映像信号を受け付け、入力された映像信号をもとに、画像を表示する。また、通信インタフェース７６は、ＵＳＢインタフェースであり、測定ユニット２の通信インタフェース６と信号ケーブルを介して接続されている。情報処理ユニット７は、かかる通信インタフェース７６により、測定ユニット２に対してデータの送受信が可能となっている。

以下、発光装置３の構成について詳述する。図４は、発光装置３の構成を示す底面図である。図４に示すように、発光装置３の底面は一方向に長い長方形をなしている。かかる発光装置３には、６個のＬＥＤブロック３１１〜３１６が設けられている。ＬＥＤブロック３１１〜３１６は、前記長方形の長手方向に沿って列状に並べられている。この長手方向は、基台２１とカバー部２２とを枢着する回転軸の軸長方向に対して直交する方向、即ち、基台２１に載置される被験者の手指８の長手方向と一致している。つまり、ＬＥＤブロック３１１〜３１６は、前記長方形の長手方向に列状に並べられている。なお、カバー部３が閉じられた状態において、発光装置３の中央は、撮像部４の撮像範囲の中央に位置するようになっている。つまり、被験者の手が基台２１上に載置されたときに、被験者の手の中指８の第２関節が発光装置３の中央に位置するように構成されている。

各ＬＥＤブロック３１１〜３１６は、３個のＬＥＤ３１１Ａ，ＬＥＤ３１１Ｂ，ＬＥＤ３１１Ｃ〜ＬＥＤ３１６Ａ，ＬＥＤ３１６Ｂ，ＬＥＤ３１６Ｃをそれぞれ有している。ＬＥＤブロック３１１〜３１６のそれぞれに含まれる、３個のＬＥＤ３１１Ａ，ＬＥＤ３１１Ｂ，ＬＥＤ３１１Ｃ〜ＬＥＤ３１６Ａ，ＬＥＤ３１６Ｂ，ＬＥＤ３１６Ｃは、前述した発光装置３の長方形の短辺方向に沿って並べられている。つまり、発光装置３においては、１８個のＬＥＤがマトリックス状に配置されている。

また、ＬＥＤ３１１Ａ，３１２Ａ，３１３Ａ，３１４Ａ，３１５Ａ，３１６Ａは、６６０ｎｍの波長の光を発する様に構成されている。この６６０ｎｍの波長の光は、酸化ヘモグロビンよりも還元ヘモグロビンにおいて吸収度が高い。ＬＥＤ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂ，３１４Ｂ，３１５Ｂ，３１６Ｂは、８０５ｎｍの波長の光を発する様に構成されている。この８０５ｎｍの波長の光は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとにおいて吸収度が等しい。また、ＬＥＤ３１１Ｃ，３１２Ｃ，３１３Ｃ，３１４Ｃ，３１５Ｃ，３１６Ｃは、８８０ｎｍの波長の光を発する様に構成されている。６６０ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ａ，３１２Ａ，３１３Ａ，３１４Ａ，３１５Ａ，３１６Ａと、８０５ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂ，３１４Ｂ，３１５Ｂ，３１６Ｂとは、静脈酸素化指標の測定に用いられる。８０５ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂ，３１４Ｂ，３１５Ｂ，３１６Ｂと、８８０ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ｃ，３１２Ｃ，３１３Ｃ，３１４Ｃ，３１５Ｃ，３１６Ｃとは、ヘモグロビン濃度の測定に用いられる。

また、６６０ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ａ，３１２Ａ，３１３Ａ，３１４Ａ，３１５Ａ，３１６Ａのそれぞれは、発光装置３の長手方向に沿って一列に並べられている。同様に、８０５ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂ，３１４Ｂ，３１５Ｂ，３１６Ｂのそれぞれも発光装置３の長手方向に沿って一列に並べられており、８８０ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ｃ，３１２Ｃ，３１３Ｃ，３１４Ｃ，３１５Ｃ，３１６Ｃも発光装置３の長手方向に沿って一列に並べられている。

図５は、発光装置３の構成を示す回路図である。図５に示すように、発光装置３は、ＬＥＤ３１１Ａ〜３１６Ａ，３１１Ｂ〜３１６Ｂ，３１１Ｃ〜３１６Ｃを駆動するための駆動部３２を具備している。駆動部３２には、ＬＥＤブロック３１１〜３１６のそれぞれを駆動する駆動回路３２１〜３２６が設けられている。つまり、駆動回路３２１〜３２６により各ＬＥＤブロック３１１〜３１６が個別に駆動される。また、駆動部３２には定電流電源部３３が設けられており、当該定電流電源部３３には、基台２１に設けられた電源部２３が接続されており、定電流電源部３３から駆動回路３２１〜３２６に定電流が供給されるようになっている。また、電源部２３は、発光装置３に設けられた３個のＬＥＤ波長制御部３４１，３４２，３４３のそれぞれに接続されている。ＬＥＤ波長制御部３４１は、６６０ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ａ，３１２Ａ，３１３Ａ，３１４Ａ，３１５Ａ，３１６Ａに接続されており、これらのＬＥＤ３１１Ａ，３１２Ａ，３１３Ａ，３１４Ａ，３１５Ａ，３１６Ａの発光波長が６６０ｎｍとなるように制御する。同様に、ＬＥＤ波長制御部３４２は、８０５ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂ，３１４Ｂ，３１５Ｂ，３１６Ｂに接続されており、これらのＬＥＤ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂ，３１４Ｂ，３１５Ｂ，３１６Ｂの発光波長が８０５ｎｍとなるように制御する。また、ＬＥＤ波長制御部３４３は、８８０ｎｍの波長の光を発するＬＥＤ３１１Ｃ，３１２Ｃ，３１３Ｃ，３１４Ｃ，３１５Ｃ，３１６Ｃに接続されており、これらのＬＥＤ３１１Ｃ，３１２Ｃ，３１３Ｃ，３１４Ｃ，３１５Ｃ，３１６Ｃの発光波長が８８０ｎｍとなるように制御する。

光量調整部５は、駆動回路３２１〜３２６のそれぞれに接続されている。かかる光量調整部５は、駆動回路３２１〜３２６のそれぞれにＰＷＭ信号を出力する。各駆動回路３２１〜３２６は、与えられたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のデューティー比に応じた電流を対応するＬＥＤブロック３１１〜３１６に供給する。これにより、ＬＥＤブロック３１１〜３１６の発光量が個別に調整される。ここで、同一のＬＥＤブロックに設けられた３個のＬＥＤのそれぞれには、同一値の電流が供給される。つまり、同一のＬＥＤブロック内の３個のＬＥＤは一体的に光量調整が行われる。

＜非侵襲生体計測装置の動作＞
次に、本実施の形態に係る非侵襲生体計測装置１の動作について説明する。図６は、本実施の形態に係る非侵襲生体計測装置１の動作の手順を示すフローチャートである。被験者が非侵襲生体計測装置１を使用する場合、まず被験者の中指８を基台２１に載置する。このとき、撮像部４の撮像範囲の中央位置に、被験者の中指８の第２関節が位置する。この状態で、被験者は情報処理ユニット７の入力部７５を操作して、測定開始の指示を非侵襲生体計測装置１に入力する。非侵襲生体計測装置１に測定開始の指示が与えられると、情報処理ユニット７のＣＰＵ７１は、測定ユニット２に対して発光装置３の光量調整処理の実行指示データを送信する（ステップＳ１０１）。

測定ユニット２の光量調整部５は、上記の実行指示データを受け付けると、光量調整処理を実行する。図７は、光量調整処理の手順を示すフローチャートである。まず光量調整部５は、ＬＥＤブロック３１１〜３１６への電流値（光量）を初期値に設定する（ステップＳ２０１）。この初期値では、ＬＥＤブロック３１１〜３１６のうち、被験者の中指８の第２関節に最も近いＬＥＤブロック３１３，３１４の光量が最も小さく、ＬＥＤブロック３１３，３１４から遠ざかるにしたがって光量が大きくなるように、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６への電流値が設定される。この状態で撮像部４により、被験者の中指８の透過画像が得られ、この透過画像が光量調整部５に与えられる。透過画像には、被験者の中指８の第１関節の近傍から、第３関節（付け根）に至る範囲の透過像が含まれている。透過画像は２５６階調のモノクローム画像である。光量調整部５は、透過画像の全画素の平均輝度を求め、この平均輝度が２５６階調の中間値である１２７を中心とした所定の中間範囲に収まっているか否かを判別する（ステップＳ２０２）。

光量調整部５は、平均輝度が中間範囲を外れる場合には（ステップＳ２０２においてＮＯ）、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６への電流値（光量）を増加又は減少させる（ステップＳ２０３）。つまり、平均輝度が中間範囲よりも低い場合、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６の光量は増加され、平均輝度が中間範囲よりも高い場合、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６の光量は減少される。図８は、ステップＳ２０３における発光装置３の光量調整を説明するためのグラフである。図８において、縦軸ｙは電流値を示し、横軸ｘはＬＥＤブロックの位置を示している。図８に示すように、ステップＳ２０３の処理において、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６に供給される電流値は、次の３次方程式（１）により与えられる。
ｙ＝αｘ３＋αβｘ２＋αγｘ＋Ｃ …（１）

ステップＳ２０３の処理においては、上記の式（１）のパラメータＣを変化させて、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６に供給される電流値が調整される。つまり、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６間の光量の差が維持された状態で、ＬＥＤブロック３１１〜３１６の全体の光量が増減する。

ステップＳ２０３の処理が行われた後、光量調整部５はステップＳ２０２へ処理を戻す。これにより、平均輝度が中間範囲内に収まるまで、ステップＳ２０２〜Ｓ２０３の処理が繰り返される。

他方、ステップＳ２０２において、平均輝度が中間範囲内にある場合には（ステップＳ２０２においてＹＥＳ）、光量調整部５は、透過画像から、被験者の中指８の長手方向に直交する方向に並ぶ所定の複数の画素列毎に平均輝度を求め、各平均輝度が上記の中間範囲内に収まるか否かを判別する（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０４において、何れかの平均輝度が中間範囲から外れる場合には（ステップＳ２０４においてＮＯ）、光量調整部５は、被験者の中指８の長手方向に直交する方向に並ぶ画素列毎に平均輝度を求め、これらの平均輝度の最大値と最小値との差を算出する（ステップＳ２０５）。次に光量調整部５は、算出した平均輝度の最大値と最小値との差に応じて、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６への電流値を増加又は減少させる（ステップＳ２０６）。図９は、ステップＳ２０６における発光装置３の光量調整を説明するためのグラフである。図９において、縦軸ｙは電流値を示し、横軸ｘはＬＥＤブロックの位置を示している。図９に示すように、ステップＳ２０６の処理において、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６に供給される電流値は、次の２次方程式（２）により与えられる。
ｙ＝Ｐ（ｘ−ｑ）２ …（２）

ステップＳ２０６の処理においては、上記の式（２）のパラメータＰを変化させて、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６に供給される電流値が調整される。つまり、図９に示すように、平均輝度の最大値と最小値との差が所定値よりも大きければ、放物線の曲率が小さくなるようにパラメータＰが調整され、平均輝度の最大値と最小値との差が所定値よりも小さければ、放物線の曲率が大きくなるようにパラメータＰが調整される。

ステップＳ２０６の処理が行われた後、光量調整部５はステップＳ２０４へ処理を戻す。これにより、各平均輝度が中間範囲内に収まるまで、ステップＳ２０４〜Ｓ２０６の処理が繰り返される。

ステップＳ２０４において、各平均輝度が中間範囲内にある場合には（ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、光量調整部５は情報処理ユニット７に対して光量調整処理の終了通知データを送信し（ステップＳ２０７）、光量調整処理を終了する。

図１０は、従来の照明方法による手指の透過画像の一例を示す図であり、図１１は、本実施の形態に係る非侵襲生体計測装置１による光量調整処理を実行した後の手指の透過画像の一例を示す図である。手指においては関節部分が他の部分に比べて光を透過しやすいことが分かっている。図１０に示すように、従来の照明方法では、全ての発光素子の光量を同じにするため、手指の関節部分が他の部分よりも極端に明るくなっている。後述するように、ヘモグロビン濃度の検出では、透過画像から血管部分の像（以下、「血管像」という。）を検索し、これを処理対象とする必要がある。従来の照明方法により得られた透過画像では、手指の関節部分の透過像から血管像を検索する必要がある。即ち、血管像を検索可能な領域が手指の関節部分に限定されるため、適切な血管像を検索できないおそれがある。これに対して、本実施の形態における光量調整処理を実行した後の手指の透過画像は、局所的に暗くなったり、明るくなったりすることがなく、全体において明瞭な画像となっている。このため、従来に比して血管像の検索範囲が大きく、適切な血管像を検索しやすい。

図６に示すように、情報処理ユニット７が光量調整処理の終了通知データを受信すると（ステップＳ１０２）、ＣＰＵ７１は、以下に説明するようなヘモグロビン濃度検出処理を実行する（ステップＳ１０３）。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、ヘモグロビン濃度検出処理の手順を示すフローチャートである。ヘモグロビン濃度検出処理において、まずＣＰＵ７１は、ＬＥＤ３１１Ｃ，３１２Ｃ，３１３Ｃ，３１４Ｃ，３１５Ｃ，３１６Ｃにより８８０ｎｍの波長の光を被験者の手指８に照射させ（ステップＳ３０１）、撮像部４に手指８を撮像させる（ステップＳ３０２）。ＣＰＵ７１は、撮像部４による８８０ｎｍの波長光の透過画像（以下、「第１透過画像」という。）から最もコントラストが高い血管像の領域を検索し（ステップＳ３０３）、検索した領域を処理対象領域として設定する（ステップＳ３０４）。

次にＣＰＵ７１は、処理対象領域について血管を横切って分布する輝度分布を対数変換し、変換した画像輝度分布から血管の中心に対して極小となる谷状の輝度プロファイルを作成する（ステップＳ３０５）。図１３は、輝度プロファイルの一例を示すグラフである。図１３において、縦軸は対数輝度を示し、横軸は距離を示している。続いてＣＰＵ７１は、得られた輝度プロファイルに基づいて、吸収プロファイルの作成及びベースラインの決定を行う（ステップＳ３０６）。

ステップＳ３０６の処理について詳しく説明する。図１４は、吸収プロファイルの作成及びベースラインの決定処理の手順を示すフローチャートである。まずＣＰＵ７１は、定数ａ（例えば０．７）を設定する（ステップＳ４０１）。

次にＣＰＵ７１は、Ｈを所定の最小値（例えば輝度プロファイルの最大深さＨｍの１０％）に設定する（ステップＳ４０２）。さらにＣＰＵ７１は、輝度プロファイルについて谷底Ｐからの深さＨまでの部分を切り出し（ステップＳ４０３）、切り出した部分を吸収プロファイルに変換する（ステップＳ４０４）。図１５は、吸収プロファイルの一例を示すグラフである。

次にＣＰＵ７１は、吸収プロファイルを分布関数（確率密度関数）と見なし、その標準偏差σと、吸収プロファイルの高さａＨにおける幅Ｗを算出する（ステップＳ４０５）。

次にＣＰＵ７１は、２σとＷとが一致するか否か比較し（ステップＳ４０６）、一致しない場合には（ステップＳ４０６においてＮＯ）、Ｈを若干大きい値に再設定し（ステップＳ４０７）、処理をステップＳ４０３へ戻す。

ステップＳ４０３〜Ｓ４０６をくり返すと、Ｈが増大するに従って２σとＷとのそれぞれが変化し、ＨがＨｍの７５％になると、点Ｃで両者が一致し、２σ＝Ｗとなる。この時の吸収プロファイルは図１６に示すようになり、ＣＰＵ７１は、高さ０．７Ｈにおける水平線をベースラインＢＬとして決定し（ステップＳ４０８）、ヘモグロビン濃度検出処理における吸収プロファイルの作成及びベースラインの決定処理の呼出アドレスに処理をリターンする。

次にＣＰＵ７１は、図１６の吸収プロファイルのベースラインＢＬから上の部分を図１７に示すように切り出し、これを血管プロファイルとして決定する（ステップＳ３０７）。そして、図１７の血管プロファイルの高さｈ１，幅Ｗ２，面積Ａ１を算出する（ステップＳ３０８）。

次にＣＰＵ７１は、ＬＥＤ３１１Ｂ，３１２Ｂ，３１３Ｂ，３１４Ｂ，３１５Ｂ，３１６Ｂにより８０５ｎｍの波長の光を被験者の手指８に照射させ（ステップＳ３０９）、撮像部４に手指８を撮像させる（ステップＳ３１０）。ＣＰＵ７１は、撮像部４による８０５ｎｍの波長光の透過画像（以下、「第２透過画像」という。）において、ステップＳ３０４と同じ領域を処理対象領域として設定する（ステップＳ３１１）。

以下、ステップＳ３１２〜Ｓ３１５において、第１透過画像についてステップＳ３０５〜Ｓ３０８において行った処理と同様の処理を第２透過画像について行い、８０５ｎｍの波長に対応する血管プロファイルの高さｈ２、幅Ｗ２，面積Ａ２を算出する。

さらにＣＰＵ７１は、組織表面から血管までの深さｔを次式で算出する（ステップＳ３１６）。
ｔ＝（ｈ２／Ｗ２ｎ）／（ｈ１／Ｗ１）ｍ …（３）
但し、ｍ，ｎは定数である。

次にＣＰＵ７１は、血管径φと血管を流れる血液のヘモグロビン濃度Ｈｇｂとヘマトクリット値Ｈｃｔとのそれぞれを式（４）〜（６）で算出する（ステップＳ３１７）。
φ＝Ａ１ｐ／ｈ１＝Ｗ１×ｆ１(ｔ) …（４）
Ｈｇｂ＝（ｈ１／Ａ１ｑ）×ｆ２(ｔ)×ｇ（φ） …（５）
但し、ｐ，ｑは定数であり、関数ｆ１，ｆ２，ｇは実験的に決定される関数である。
Ｈｃｔ＝ｋ・ｈ１／ｈ２＋Ｌ…（４）
但し、ｋ，Ｌは定数である。

上記のようにして血管深さ，血管径、ヘモグロビン濃度、及びヘマトクリット値が得られると、ＣＰＵ７１は、メインルーチンにおけるヘモグロビン濃度検出処理の呼出アドレスに処理をリターンする。

ヘモグロビン濃度検出処理が終了すると、図６に示すように、ＣＰＵ７１は静脈酸素化指標検出処理を実行する（ステップＳ１０４）。図１８は、静脈酸素化指標検出処理の手順を示すフローチャートである。静脈酸素化指標検出処理において、まずＣＰＵ７１は、ヘモグロビン濃度検出処理において取得した第２透過画像から、８０５ｎｍの波長光の吸光度Ａｂ２を抽出する（ステップＳ５０１）。

次にＣＰＵ７１は、ＬＥＤ３１１Ａ，３１２Ａ，３１３Ａ，３１４Ａ，３１５Ａ，３１６Ａにより６６０ｎｍの波長の光を被験者の手指８に照射させ（ステップＳ５０２）、撮像部４に手指８を撮像させる（ステップＳ５０３）。ＣＰＵ７１は、撮像部４による６６０ｎｍの波長光の透過画像（以下、「第３透過画像」という。）を取得し（ステップＳ５０４）、取得した第３透過画像から、６６０ｎｍの波長光の吸光度Ａｂ３を抽出する（ステップＳ５０５）。

さらにＣＰＵ７１は、次式（５）にしたがって静脈酸素化指標ＶＯＩを算出する（ステップＳ５０６）。
ＶＯＩ＝−Ａｂ３／Ａｂ２ …（５）

上記のようにして静脈酸素化指標が得られると、ＣＰＵ７１は、メインルーチンにおける静脈酸素化指標検出処理の呼出アドレスに処理をリターンする。

静脈酸素化指標検出処理が終了すると、図６に示すように、ＣＰＵ７１は得られたヘモグロビン濃度、ヘマトクリット値、及び静脈酸素化指標を表示部７７に表示させ（ステップＳ１０５）、処理を終了する。

（その他の実施の形態）
なお、上述した実施の形態においては、光量調整部５によって発光装置３に設けられた複数のＬＥＤブロック３１１〜３１６の光量を独立して制御する構成について述べたが、これに限定されるものではない。全てのＬＥＤブロック３１１〜３１６の光量を一体的に増減する構成とすることもできる。この場合、被験者の手指の関節に最も近いＬＥＤブロック３１３，３１４から離れるにしたがって光量が大きくなるようにＬＥＤブロック３１１〜３１６を設定し、各ＬＥＤブロック３１１〜３１６間の光量の差が維持された状態で、ＬＥＤブロック３１１〜３１６の全体の光量を増減させるようにすることができる。

また、上述した実施の形態においては、基台２１に載置された手指の関節から離れるにしたがって、非線形的に光量が増加するようにＬＥＤブロック３１１〜３１６の光量を調整する構成について述べたが、これに限定されるものではない。基台２１に載置された手指の関節から離れるにしたがって、線形的に光量が増加するようにＬＥＤブロック３１１〜３１６の光量を調整する構成とすることもできる。

また、上述した実施の形態においては、基台２１に載置された手指の関節から離れるにしたがって、光量が増加するようにＬＥＤブロック３１１〜３１６の光量を調整する構成について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、測定対象の部位に関節が含まれない場合には、中央のＬＥＤブロック３１３，３１４の光量を小さくし、中央から離れるにしたがって増大するようにＬＥＤブロック３１１，３１２，３１５，３１６の光量を決定する構成に限られず、撮像範囲において透過光量が均一化するように、各ＬＥＤブロックの光量を調整すればよい。

また、上述した実施の形態においては、光量調整を行う光量調整部５と、画像処理を行う情報処理ユニット７のＣＰＵ７１とを別々に設ける構成について述べたが、これに限定されるものではない。光量調整処理及び画像処理を１つの演算処理部により実行する構成とすることもできる。

また、上述した実施の形態においては、列状に配置されたＬＥＤブロック３１１〜３１６を設ける構成について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、複数のＬＥＤブロックをジグザグ状に並べて配置した構成としてもよい。

また、上述した実施の形態においては、被験者の手指を撮像対象とする構成について述べたが、これに限定されるものではない。被験者の足の指を撮像し、これによって得られた画像に基づいて被験者のヘモグロビン濃度を検出する構成としてもよい。

本発明に係る非侵襲生体計測装置は、被験者の指に光を照射して透過光を得、透過光を撮像部で受けて指を撮像し、得られた画像を処理して被験者の生体情報を検出する非侵襲生体計測装置として有用である。

１ 非侵襲生体計測装置
２ 測定ユニット
２１ 基台
３ 発光装置
３１１〜３１６ ＬＥＤブロック
３１１Ａ〜３１６Ａ，３１１Ｂ〜３１６Ｂ，３１１Ｃ〜３１６Ｃ ＬＥＤ
４ 撮像部
５ 光量調整部
７ 情報処理ユニット
７１ ＣＰＵ

Claims (9)

1. 測定対象である被験者の指を載置するための基台と、
   前記基台に載置された指の長手方向に沿って並ぶように配置された複数の発光部と、
   前記複数の発光部の光量それぞれを調整する光量調整部と、
   前記発光部から発せられた光が前記基台に載置された指を透過した透過光を受け、前記指の画像を得る撮像部と、
   前記撮像部によって得られた画像を処理することにより、被験者の生体情報を検出する情報処理部と、
   を備え、
   前記光量調整部は、前記基台に載置された指の関節に近い位置に設けられた発光部の光量を、他の発光部の光量に比して低くするように構成されている、
   非侵襲生体計測装置。
2. 前記光量調整部は、前記基台に載置された指の関節から離れるにしたがって、前記発光部の光量を高くするように構成されている、
   請求項１に記載の非侵襲生体計測装置。
3. 前記光量調整部は、前記基台に載置された指の関節から離れるにしたがって、非線形的に光量が増加するように前記発光部の光量を調整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。
4. 前記光量調整部は、前記基台に載置された指の関節からの距離に対する前記発光部の光量の変化の程度を決定し、決定された光量の変化の程度にしたがって前記発光部の光量を調整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。
5. 前記光量調整部は、前記基台に載置された指を透過した透過光の光量の平均値が所定値となるように、前記発光部の光量を調整するように構成されている、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の非侵襲生体計測装置。
6. 前記光量調整部は、前記撮像部により得られた前記指の透過画像に基づいて、前記発光部の光量を調整するように構成されている、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の非侵襲生体計測装置。
7. 前記光量調整部は、前記撮像部により得られた前記指の透過画像の輝度に基づいて、前記発光部の光量を調整するように構成されている、
   請求項６に記載の非侵襲生体計測装置。
8. 前記情報処理部は、前記撮像部による被験者の指の撮像処理に先だって、前記発光部の
   光量調整処理を実行するように前記光量調整部を制御するように構成されている、
   請求項１乃至７の何れか１項に記載の非侵襲生体計測装置。
9. 前記発光部のそれぞれは、互いに異なる波長の光を発する複数の発光素子を具備し、同
   一の波長の光を発する発光素子が、前記基台に載置された指の長手方向に沿って並ぶよう
   に配置されている、
   請求項１乃至８の何れか１項に記載の非侵襲生体計測装置。