本公開涉及一種活體信息測量裝置。

背景技術(shù)：

專利文獻(xiàn)1公開了一種自發(fā)射型傳感器裝置，該自發(fā)射型傳感器裝置包括：基座；光照射部，其設(shè)置在基座上，并且用具有不同波長的光束照射目標(biāo)(subject)，使得光束至少部分地彼此交疊；以及光接收部，其設(shè)置在基座上，并且針對各個(gè)波長檢測歸因于所照射的光束的、來自目標(biāo)的光。

專利文獻(xiàn)2公開了一種測量氧飽和度和血流量的測量裝置，該測量裝置包括：第一發(fā)光元件，其發(fā)出第一波長的光；第二發(fā)光元件，其發(fā)出第二波長的光；驅(qū)動(dòng)電路，其使第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件在不同時(shí)間點(diǎn)發(fā)光；第一光接收元件，其被設(shè)置為接收從第一發(fā)光元件發(fā)出的、且透過或散射穿過設(shè)置在如下位置處的生物組織的光，其中，第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件的光照射到該位置；第二光接收元件，其設(shè)置在如下位置處，該位置與第一光接收元件分開預(yù)定距離，以便接收從第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件發(fā)出的、且透過或散射穿過生物組織的光；如下計(jì)算裝置，其用于基于經(jīng)由來自第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件的光的第二光接收元件的輸出，來計(jì)算生物組織的血液中的氧飽和度；以及如下計(jì)算裝置，其用于基于經(jīng)由來自第一發(fā)光元件的光的第一光接收元件和第二光接收元件的輸出的互相關(guān)函數(shù)，來計(jì)算生物組織的血液的流速。

專利文獻(xiàn)1：日本第4,475,601號(hào)專利

專利文獻(xiàn)2：jp-a-07-265284

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

當(dāng)測量諸如血液中的氧的飽和度和血流量這樣的多個(gè)生物信息時(shí)，可以使用一種方法，該方法中，發(fā)出不同波長的光的多個(gè)發(fā)光元件朝向活體交替發(fā)光，并且基于透過活體或從活體反射的光的量的改變，來測量生物信息。

然而，在這種情況下，即使可以在不使多個(gè)發(fā)光元件的發(fā)光交替的情況下測量多個(gè)生物信息，因?yàn)槎鄠€(gè)發(fā)光元件交替發(fā)光并且連續(xù)執(zhí)行其驅(qū)動(dòng)控制，所以與測量生物信息所需的電力相比，消耗了更多的電力。

本發(fā)明的目的是，在測量多個(gè)生物信息時(shí)，與多個(gè)發(fā)光元件交替發(fā)光的情況相比，減少多個(gè)發(fā)光元件中消耗的電力。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種活體信息測量裝置，該活體信息測量裝置包括：

第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件，所述第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件各發(fā)出不同波長的光；

光接收元件，其接收從所述第一發(fā)光元件和所述第二發(fā)光元件發(fā)出的所述光；

控制單元，其控制所述第一發(fā)光元件和所述第二發(fā)光元件中的每一個(gè)的發(fā)光時(shí)段，使得每單位時(shí)間的所述第二發(fā)光元件的發(fā)光次數(shù)少于每單位時(shí)間的所述第一發(fā)光元件的發(fā)光次數(shù)；以及

測量單元，其基于在所述光接收元件中接收的所述光，來測量多個(gè)活體信息。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了根據(jù)第一方面的活體信息測量裝置，

其中，所述控制單元控制所述第一發(fā)光元件和所述第二發(fā)光元件的所述發(fā)光時(shí)段，使得所述發(fā)光時(shí)段彼此不交疊。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了根據(jù)第一方面的活體信息測量裝置，

其中，所述測量單元基于如下各項(xiàng)來測量所述多個(gè)活體信息：由所述第一發(fā)光元件發(fā)出的、且在所述光接收元件中接收的光的量的頻譜；由所述第一發(fā)光元件發(fā)出的、且在所述光接收元件中接收的光的量；和由所述第二發(fā)光元件發(fā)出的、且在所述光接收元件中接收的光的量。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了根據(jù)第一至第三方面中任意一方面的活體信息測量裝置，

其中，所述測量單元通過使用如下各項(xiàng)的組合來測量所述多個(gè)活體信息：所述第一發(fā)光元件的發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量；以及與所述第一發(fā)光元件的所述發(fā)光時(shí)段相鄰的、所述第二發(fā)光元件的發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了根據(jù)第四方面的活體信息測量裝置，

其中，所述測量單元把在特定時(shí)段中所包括的所述第一發(fā)光元件的各個(gè)發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量的平均值假定為，在所述第一發(fā)光元件的所述發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量，并且所述測量單元把在所述第二發(fā)光元件的各個(gè)發(fā)光時(shí)段(第二發(fā)光元件的各個(gè)發(fā)光時(shí)段與所述特定時(shí)段中所包括的所述第一發(fā)光元件的所述各個(gè)發(fā)光時(shí)段相鄰)中的所接收的光的量的平均值假定為，所述第二發(fā)光元件的所述發(fā)光時(shí)段中的所接收的光量。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了根據(jù)第四方面的活體信息測量裝置，

其中，在所述第一發(fā)光元件的所述發(fā)光時(shí)段和所述第二發(fā)光元件的所述發(fā)光時(shí)段中的至少一個(gè)中，所述測量單元多次從所述光接收元件獲取所接收的光的量，并且所述測量單元把所述獲取的所接收的光的量的平均值假定為，在從所述光接收元件多次獲取所接收的光的量時(shí)的發(fā)光時(shí)段期間的所接收的光的量。

根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了根據(jù)第五方面的活體信息測量裝置，

其中，在所述第一發(fā)光元件的所述發(fā)光時(shí)段和所述第二發(fā)光元件的所述發(fā)光時(shí)段中的至少一個(gè)中，所述測量單元多次從所述光接收元件獲取所接收的光的量，并且所述測量單元把所述獲取的所接收的光的量的平均值假定為，在從所述光接收元件多次獲取所接收的光量時(shí)的發(fā)光時(shí)段期間的所接收的光的量。

根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了根據(jù)第一方面的活體信息測量裝置，

其中，所述測量單元測量包括血流量、血流速度和血液量中的至少一項(xiàng)以及血液中的氧飽和度作為所述多個(gè)活體信息。

根據(jù)第一或第三方面，在測量多個(gè)生物信息時(shí)，與多個(gè)發(fā)光元件交替發(fā)光的情況相比，可以減少多個(gè)發(fā)光元件中消耗的電力。

根據(jù)第二方面，與發(fā)光時(shí)段不彼此交疊的情況相比，可以高精度地測量活體信息。

根據(jù)第四方面，與組合不彼此靠近的發(fā)光時(shí)段中的所接收的光量的情況相比，可以高精度地測量活體信息。

根據(jù)第五方面，與特定發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量用于測量生物信息的情況相比，可以高精度地測量活體信息。

根據(jù)第六方面，與發(fā)光時(shí)段中獲取一次所接收的光的量的情況相比，可以高精度地測量活體信息。

根據(jù)第八方面，與個(gè)別測量多個(gè)生物信息的情況相比，可以縮短測量時(shí)間。

附圖說明

將基于以下附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，附圖中：

圖1是例示了血流量信息和血液中的氧飽和度的測量示例的示意圖；

圖2是例示了因來自活體的反射光而引起的所接收的光的量的改變的一個(gè)示例的曲線圖；

圖3是用于說明當(dāng)用激光束照射血管時(shí)發(fā)生的多普勒頻移的示意圖；

圖4是用于說明當(dāng)用激光束照射血管時(shí)出現(xiàn)的斑紋的示意圖；

圖5是例示了譜分布相對于所接收的光的光的量的改變的一個(gè)示例的曲線圖；

圖6是例示了血流量信息的改變的一個(gè)示例的曲線圖；

圖7是例示了活體中吸收的光的吸光度的改變的一個(gè)示例的曲線圖；

圖8是例示了活體信息測量裝置的構(gòu)造的圖；

圖9是例示了發(fā)光元件和光接收元件的布置的一個(gè)示例的圖；

圖10是例示了發(fā)光元件和光接收元件的布置的另一個(gè)示例的圖；

圖11是例示了活體信息測量裝置的電氣系統(tǒng)的主要部分的示例性構(gòu)造的圖；

圖12是例示了活體信息測量處理的流程的一個(gè)示例的流程圖；

圖13是例示了發(fā)出ir光的發(fā)光元件和發(fā)出紅光的發(fā)光元件的發(fā)光時(shí)刻，以及光接收元件的光接收時(shí)刻的一個(gè)示例的時(shí)刻圖；

圖14是例示了發(fā)出ir光的發(fā)光元件和發(fā)出紅光的發(fā)光元件的發(fā)光時(shí)刻，以及光接收元件的光接收時(shí)刻的另一個(gè)示例的時(shí)刻圖；

圖15是例示了發(fā)出ir光的發(fā)光元件和發(fā)出紅光的發(fā)光元件的發(fā)光時(shí)刻，以及光接收元件的光接收時(shí)刻的另一個(gè)示例的時(shí)刻圖；以及

圖16是例示了發(fā)出ir光的發(fā)光元件和發(fā)出紅光的發(fā)光元件的發(fā)光時(shí)刻，以及光接收元件的光接收時(shí)刻的另一個(gè)示例的時(shí)刻圖。

具體實(shí)施方式

下文中將參照附圖來詳細(xì)描述本公開的示例性實(shí)施方式。在整個(gè)附圖中，相同的元件、操作或功能由相同的附圖標(biāo)記或符號(hào)來表示，并且為了簡潔的目的，將不重復(fù)其解釋。

首先，參照圖1，將參照圖1描述測量作為活體信息之中關(guān)于血液的活體信息的一個(gè)示例的血流量信息和血液中的氧飽和度的方法。

如圖1例示，當(dāng)光從發(fā)光元件1發(fā)出以穿透患者(活體8)的身體并且在光接收元件3中倍接收時(shí)，血流量信息和血液中的氧飽和度通過使用由遍布活體8的動(dòng)脈4、靜脈5和毛細(xì)血管6反射，或透過遍布活體8的動(dòng)脈4、靜脈5和毛細(xì)血管6的光的強(qiáng)度來測量，即，使用光接收元件3中所接收的反射光的量或所透過光的量來測量。

(血流量信息的測量)

圖2是代表由光接收元件3接收的反射光的量的曲線80的一個(gè)示例。在圖2的曲線圖中，橫軸代表時(shí)間，并且縱軸代表光接收元件3的輸出，即，由光接收元件3接收的光量。

如圖2例示，光接收元件3中接收的光量隨時(shí)間改變。該現(xiàn)象可以歸因于，當(dāng)用光照射包括血管的活體8時(shí)發(fā)生的三個(gè)光學(xué)現(xiàn)象。

第一光學(xué)現(xiàn)象是，由于脈動(dòng)因測量下的血管中存在的血液量的改變而發(fā)生的光的吸收的改變。血液含有諸如紅血細(xì)胞這樣的血細(xì)胞，并且血液流過諸如毛細(xì)血管6這樣的血管。因此，流過血管的血細(xì)胞的數(shù)量可以隨著血液量的改變而改變，這可能影響光接收元件3中接收的光的量。

作為第二光學(xué)現(xiàn)象，可以認(rèn)為是因多普勒偏移而引起的影響。

如圖3例示，例如，當(dāng)包括毛細(xì)血管6(作為是血管的一個(gè)示例)的區(qū)域用諸如來自發(fā)光元件1的激光束的、具有頻率ω0的相干光束40照射時(shí)，被流過毛細(xì)血管6的血細(xì)胞散射的散射光42造成由血細(xì)胞的移動(dòng)速率確定的、具有頻率差δω0的多普勒頻移。同時(shí)，被不含有移動(dòng)體(諸如血細(xì)胞)的組織(靜止組織)(諸如皮膚)散射的散射光42將頻率ω0維持為與所照射的激光束相同。因此，被血管(諸如毛細(xì)血管6)散射的激光束的頻率ω0+δω0與被靜止組織散射的激光束的頻率ω0干涉。由于這種干涉，具有頻率差δω0的差拍信號(hào)生成并在光接收元件3中被觀察，并且因此，光接收元件3中所接收的光的量隨時(shí)間改變。雖然頻率差δω0取決于血細(xì)胞的移動(dòng)速率，但光接收元件3中觀察到的差拍信號(hào)的頻率差δω0落在具有大約幾十khz的上限的頻率范圍內(nèi)。

第三光學(xué)現(xiàn)象可以是由斑紋產(chǎn)生的影響。

如圖4例示，當(dāng)沿由箭頭44指示的方向流過血管的血細(xì)胞7(諸如紅血細(xì)胞)用來自發(fā)光元件1的相干光束40(諸如激光束)照射時(shí)，打在血細(xì)胞7上的激光束沿不同方向散射。具有不同相位的散射光因此以隨機(jī)方式彼此干涉。這導(dǎo)致具有隨機(jī)斑點(diǎn)圖案的光強(qiáng)度分布。這樣形成的光強(qiáng)度分布圖案稱為“斑紋圖案(specklepattern)”。

如上所述，因?yàn)檠?xì)胞7流過血管，所以血細(xì)胞7中散射的光的狀態(tài)被改變，并且因此斑紋圖案隨時(shí)間變化。因此，光接收元件3中接收的光量隨時(shí)間改變。

接著，將描述獲得關(guān)于血流量的信息的方法的一個(gè)示例。當(dāng)如如圖2所例示獲得隨時(shí)間改變的光接收元件3的所接收的光的量時(shí)，提取預(yù)定單位時(shí)間t0的范圍中所包括的數(shù)據(jù)，然后使其經(jīng)過例如快速傅里葉變換(fft)，從而獲得各個(gè)頻率ω的譜分布。圖5是示出了代表單位時(shí)間t0中各個(gè)頻率ω的譜分布的示例的曲線82的曲線圖。在圖5的曲線圖中，橫軸代表頻率ω，而縱軸代表譜強(qiáng)度。

這里，血液量與通過用總光量歸一化(normalizing)由曲線82的橫軸和縱軸圍繞的陰影線區(qū)域84指示的功率譜的面積而獲得的值成比例。另外，因?yàn)檠魉俣扰c由曲線82代表的功率譜的頻率平均值成比例，所以血流速度與通過頻率ω和頻率ω處的功率譜的乘積，相對于頻率ω的積分而獲得的值除以陰影線區(qū)域84的面積而獲得的值成比例。

另外，因?yàn)橛裳毫亢脱魉俣鹊某朔e代表血流量，所以可以從血液量和血流速度的計(jì)算公式獲得血流量。血流量、血流速度和血液量是血流信息的一個(gè)示例，但不限于此。

圖6是示出了代表計(jì)算得的單位時(shí)間t0的血流量的改變的示例的曲線86的曲線圖。在圖6的曲線圖中，橫軸代表時(shí)間，而縱軸代表血流量。

如圖6例示，雖然血流量隨時(shí)間變化，但變化的趨勢被分為兩種。例如，在圖6中，間隔t2中血流量的變化范圍90大于間隔t1中血流量的變化范圍88。這可能是因?yàn)殚g隔t1中血流量的改變主要由于脈動(dòng)，而間隔t2中血流量的改變是由于例如淤血(congestion)等。

(氧飽和度的測量)

接著，將描述血液中的血氧飽和度的測量。血液中的血氧飽和度是指示結(jié)合到血液中的氧的血紅蛋白的程度的指示符。隨著血液中的氧飽和度降低，諸如貧血的癥狀易于發(fā)生。

圖7是例示了例如由活體8吸收的光的吸光度的改變的概念圖。如圖7例示，活體8中吸收的光的量示出隨時(shí)間變化的趨勢。

另外，參照活體8中吸收的光量的變化的內(nèi)容，已知所吸收的光量主要由動(dòng)脈4而變化，但與動(dòng)脈4相比，在包括靜脈5和靜止組織的其他組織中可忽略。這是因?yàn)?，從心臟泵出的動(dòng)脈血伴隨著脈搏波流過血管，并且動(dòng)脈4隨時(shí)間沿著動(dòng)脈4的截面方向膨脹/收縮，從而造成動(dòng)脈4的厚度的改變。在圖7中，由箭頭94指示的范圍代表對應(yīng)于動(dòng)脈4的厚度的改變所吸收的光量的變化。

在圖7中，假定在時(shí)間ta接收的光量是ia，并且在時(shí)間tb接收的光量是ib，則由于動(dòng)脈4的厚度的改變而吸收的光的量的變化量δa由以下等式(1)來表達(dá)

δa＝ln(ib/ia)…(1)

同時(shí)，已知結(jié)合到流過動(dòng)脈4的氧的血紅蛋白(氧化血紅蛋白)易于吸收具有大約880nm的波長的、紅外線(ir)區(qū)域中的光，而未結(jié)合到氧的血紅蛋白(還原血紅蛋白)易于吸收具有大約665nm的波長的、紅色區(qū)域中的光。而且，已知氧飽和度，與在不同波長處吸收的光的量的變化量δa的比率成比例關(guān)系。

因此，與其他波長的組合相比，通過使用可能在氧化血紅蛋白與還原血紅蛋白之間產(chǎn)生所接收的光量的差的紅外光(ir光)與紅光的組合，為了計(jì)算活體8用ir光照射時(shí)所吸收的光量的變化量δared、與活體8用紅光照射時(shí)所吸收的光量的變化量δair之比，根據(jù)以下等式(2)來計(jì)算氧飽和度s。在等式(2)中，k是比例常數(shù)。

s＝k(δared/δair)…(2)

即，當(dāng)計(jì)算血液中的氧飽和度時(shí)，使發(fā)出具有不同波長的光的多個(gè)發(fā)光元件1(具體地，發(fā)出ir光的發(fā)光元件1和發(fā)出紅光的發(fā)光元件1)以它們的發(fā)光時(shí)段不彼此交疊這樣的方式發(fā)光。然后，被各個(gè)發(fā)光元件1反射的反射光或透過光在光接收元件3中接收，并且血液中的氧飽和度通過根據(jù)各個(gè)光接收點(diǎn)處的所接收的光量計(jì)算等式(1)和(2)或通過修改這些等式(1)和(2)而獲得的已知等式來計(jì)算。

作為通過修改等式(1)而獲得的已知等式，所吸收光的量的變化量δa可以通過變形等式(1)而表達(dá)為以下等式(3)。

δa＝lnib-lnia…(3)

另外，等式(1)可以被修改為以下等式(4)。

δa＝ln(ib/ia)＝ln(1+(ib-ia)/ia)…(4)

通常，因?yàn)閺?ib-ia)<<ia的關(guān)系建立ln(ib/ia)≈(ib-ia)/ia，所以等式(1)可以用以下等式(5)來代替，作為所吸收光量的變化量δa。

δa≈(ib-ia)/ia…(5)

下文中，當(dāng)發(fā)出ir光的發(fā)光元件1和發(fā)出紅光的發(fā)光元件1需要彼此區(qū)分時(shí)，發(fā)出ir光的發(fā)光元件將稱為“發(fā)光元件ld1”，并且發(fā)出紅光的發(fā)光元件1將稱為“發(fā)光元件ld2”。另外，作為一個(gè)示例，假定發(fā)光元件ld1是用于計(jì)算血流量的發(fā)光元件1，并且假定發(fā)光元件ld1和ld2是用于計(jì)算血液中的氧飽和度的發(fā)光元件1。

如上所述，在測量血流量時(shí)，因?yàn)楣饨邮赵?中觀察到的差拍信號(hào)的頻率差δω0落入具有大約幾十khz的上限的頻率范圍內(nèi)，所以發(fā)光元件ld1不得不以是頻率差δω0至少兩倍的頻率來發(fā)光，并且發(fā)光元件ld1的反射光不得不在光接收元件3中被接收。

因此，認(rèn)為與血液中的氧飽和度的測量組合，例如，在將發(fā)光元件ld2的發(fā)光頻率調(diào)整為發(fā)光元件ld1的發(fā)光頻率之后，各個(gè)發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)段的一部分可以彼此交疊。然而，發(fā)光元件ld1和ld2可以交替發(fā)光，使得發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)段不彼此交疊，并且對于發(fā)光元件ld1和ld2的每個(gè)發(fā)光時(shí)段在光接收元件3中獲得所接收的光的量，以測量血液中的氧飽和度。

另外，當(dāng)測量血液中的氧飽和度時(shí)，因?yàn)橐阎邮盏墓獾牧康臏y量頻率足以落入從大約30hz至大約1000hz的范圍內(nèi)，所以發(fā)光元件ld2的發(fā)光頻率也足以落入從大約30h至大約1000hz的范圍內(nèi)。即，可以看出發(fā)光元件ld2的發(fā)光頻率被設(shè)置為低于發(fā)光元件ld1的發(fā)光頻率，發(fā)光元件ld2無需以被調(diào)整為發(fā)光元件ld1的發(fā)光頻率的發(fā)光頻率來發(fā)光。

下文中，將描述活體信息測量裝置，其用于以少于發(fā)光元件ld1和發(fā)光元件ld2以交替方式發(fā)光的情況消耗的電力的電力，來測量多個(gè)活體信息。

圖8是例示了根據(jù)示例性實(shí)施方式的活體信息測量裝置10的構(gòu)造的圖。

如圖8例示，活體信息測量裝置10包括控制單元12、驅(qū)動(dòng)電路14、放大電路16、模擬/數(shù)字(a/d)轉(zhuǎn)換電路18、測量單元20、發(fā)光元件ld1、發(fā)光元件ld2和以及光接收元件3。

控制單元12向驅(qū)動(dòng)電路14輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)控制發(fā)光元件ld1和ld2中的每一個(gè)的發(fā)光時(shí)段和發(fā)光間隔，驅(qū)動(dòng)電路14包括用于向發(fā)光元件ld1和ld2供給驅(qū)動(dòng)電力的電源電路。

在接收來自控制單元12的控制信號(hào)時(shí)，根據(jù)由控制信號(hào)指示的發(fā)光時(shí)段和發(fā)光間隔，驅(qū)動(dòng)電路14向發(fā)光元件ld1和ld2供給驅(qū)動(dòng)電力，以便驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件ld1和ld2。

放大電路16將對應(yīng)于在光接收元件3中接收的光的強(qiáng)度的電壓放大到，被指定為a/d轉(zhuǎn)換電路18的輸入電壓范圍的電壓電平。該示例中，光接收元件3輸出對應(yīng)于所接收的光的強(qiáng)度的電壓。然而，作為另一個(gè)示例，光接收元件3輸出對應(yīng)于所接收的光的強(qiáng)度的電壓。在這種情況下，放大電路16將從光接收元件3輸出的電流，放大到被指定為a/d轉(zhuǎn)換電路18的輸入電流范圍的電流電平。

a/d轉(zhuǎn)換電路18接收被放大電路16放大的電壓，作為輸入，并且對被表達(dá)為電壓的大小的光接收元件3中接收的光量進(jìn)行數(shù)字化。

測量單元20接收被a/d轉(zhuǎn)換電路18數(shù)字化的所接收的光的量作為輸入，通過使由發(fā)光元件ld1發(fā)出的所接收的光的量經(jīng)過fft來計(jì)算各個(gè)頻率ω的譜分布，并且通過相對于頻率ω對頻率ω和頻率ω處的功率譜的乘積進(jìn)行積分，來測量血流量。

另外，測量單元20接收被a/d轉(zhuǎn)換電路18數(shù)字化的所接收的光的量作為輸入，并且以時(shí)間順序管理由發(fā)光元件ld1和發(fā)光元件ld2發(fā)出的所接收的光的量。然后，測量單元20通過根據(jù)等式(1)計(jì)算發(fā)光元件ld1的所吸收光量的變化量δair和發(fā)光元件ld2的所吸收光的量的變化量δared，并根據(jù)等式(2)計(jì)算所吸收光的量的變化量δared與所吸收光的量的變化量δair之比，來測量氧飽和度。

圖9例示了活體信息測量裝置10中的發(fā)光元件ld1和ld2和光接收元件3的布置的一個(gè)示例。如圖9例示，發(fā)光元件ld1和ld2和光接收元件3并排布置在活體8上。在該示例中，光接收元件3接收在活體8處反射的、發(fā)光元件ld1和ld2的光。

然而，發(fā)光元件ld1和ld2和光接收元件3的布置不限于圖9的布置示例。例如，如圖10例示，發(fā)光元件ld1和ld2可以被布置為面向光接收元件3，活體8夾在它們之間。在該示例中，光接收元件3接收透過活體8的、發(fā)光元件ld1和ld2的光。

雖然在這些示例中，發(fā)光元件ld1和ld2是兩個(gè)面發(fā)射激光器，但發(fā)光元件ld1和ld2不限于此，而可以是邊緣發(fā)射激光器。

當(dāng)要由測量單元20測量血流量時(shí)，因?yàn)樵摐y量根據(jù)如上所述的差拍信號(hào)基于所接收的光的量的譜分布進(jìn)行，所以與不同光相比可能更容易產(chǎn)生差拍信號(hào)的激光器裝置可以優(yōu)選地用于發(fā)光元件ld1。

然而，即使從發(fā)光元件ld2發(fā)出的光不是激光束，因?yàn)榭梢杂?jì)算發(fā)光元件ld2的所吸收光的量的變化量δared，所以發(fā)光二極管(led)或有機(jī)發(fā)光二極管(oled)可以用于發(fā)光元件ld2。

接著，將參照圖11描述根據(jù)該示例性實(shí)施方式的活體信息測量裝置10的電系統(tǒng)的主要部件的構(gòu)造。

如圖11例示，根據(jù)該示例性實(shí)施方式的活體信息測量裝置10包括：控制單元，用于控制發(fā)光元件ld1和發(fā)光裝置ld2中的每一個(gè)的發(fā)光時(shí)段和發(fā)光間隔；和中央處理單元(cpu)30，其作為用于測量活體8中的血流量和血液中的氧飽和度的測量單元的一個(gè)示例。另外，活體信息測量裝置10包括：只讀存儲(chǔ)器(rom)32，其中存儲(chǔ)各種程序和參數(shù)；和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)34，當(dāng)各種程序由cpu30執(zhí)行時(shí)，該隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)34用作工作區(qū)域等。

cpu30、rom32和ram34經(jīng)由活體信息測量裝置10的內(nèi)部總線36彼此連接。另外，發(fā)光元件ld1、發(fā)光元件ld2、光接收元件3、放大電路16和a/d轉(zhuǎn)換電路18連接到內(nèi)部總線36。

另外，用于測量從指定時(shí)間點(diǎn)經(jīng)過的時(shí)間的定時(shí)器含有在cpu30中。

接著，將參照圖13描述活體信息測量裝置10的操作。

圖12是例示了當(dāng)cpu30接收到開始測量活體信息的指示時(shí)，由cpu30執(zhí)行的活體信息測量處理的流程的一個(gè)示例的流程圖。定義活體信息測量處理的程序(活體信息測量程序)預(yù)先安裝在例如rom32中。另外，假定發(fā)光元件ld1和發(fā)光元件ld2這兩者處于在活體信息測量程序開始的時(shí)間點(diǎn)未發(fā)射激光束的發(fā)光停止?fàn)顟B(tài)。

首先，在步驟s10，cpu30重置cpu30中含有的兩個(gè)定時(shí)器a和b。這里，“重置定時(shí)器”意味著停止由定時(shí)器進(jìn)行的測量，并且定時(shí)器重新開始對從定時(shí)器的停止點(diǎn)起經(jīng)過的時(shí)間。

在步驟s20，cpu30確定定時(shí)器a是否是在步驟s10重置定時(shí)器a之后已經(jīng)經(jīng)過時(shí)間t3或更長時(shí)間。時(shí)間t3是rom32的預(yù)設(shè)區(qū)域中存儲(chǔ)的參數(shù)，并且確定從發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段到其下一發(fā)光時(shí)段的時(shí)間間隔，即，發(fā)光元件ld1的發(fā)光停止時(shí)段。

因?yàn)榘l(fā)光元件ld1用于測量血流量，所以發(fā)光元件ld1的發(fā)光停止時(shí)段被設(shè)置為，對應(yīng)于具有大約幾十khz的上限的頻率范圍的時(shí)段。

當(dāng)步驟s20處的確定的結(jié)果是否定時(shí)，cpu30重復(fù)步驟s20，并且等待，直到定時(shí)器a已經(jīng)經(jīng)過時(shí)間t3或更長時(shí)間為止。同時(shí)，當(dāng)步驟s20處的確定結(jié)果是肯定時(shí)，處理進(jìn)行到步驟s30。

在步驟s30，cpu30重置定時(shí)器a。

然后，在步驟s40，cpu30向驅(qū)動(dòng)電路14通知指示發(fā)光元件ld1開始發(fā)光的發(fā)光開始指示。在接收到發(fā)光開始指示時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路14向發(fā)光元件ld1供給驅(qū)動(dòng)電力，并且使發(fā)光元件ld1發(fā)射激光束。

在步驟s50，cpu30從a/d轉(zhuǎn)換電路18獲取在發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段中由發(fā)光元件ld1發(fā)射、且在光接收元件3中接收的光量，并且在ram34的預(yù)設(shè)區(qū)域中存儲(chǔ)所獲取的光量。

在步驟s60，cpu30確定定時(shí)器a是否是在步驟s30重置定時(shí)器a之后已經(jīng)經(jīng)過時(shí)間t4或更長時(shí)間。時(shí)間t4是rom32的預(yù)設(shè)區(qū)域中存儲(chǔ)的參數(shù)，并且確定發(fā)光元件ld1發(fā)射激光束之后直到發(fā)光元件ld1停止發(fā)光為止的時(shí)間間隔，即，發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段。

當(dāng)在步驟s60處的確定的結(jié)果是否定時(shí)，cpu30重復(fù)步驟s60，并且等待，直到定時(shí)器a已經(jīng)經(jīng)過時(shí)間t4或更長時(shí)間為止。同時(shí)，當(dāng)步驟s60處的確定結(jié)果是肯定時(shí)，處理進(jìn)行到步驟s70。

在步驟s70，cpu30向驅(qū)動(dòng)電路14通知指示發(fā)光元件ld1停止發(fā)光的發(fā)光停止指示。在接收到發(fā)光停止指示時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路14停止向發(fā)光元件ld1供給驅(qū)動(dòng)電力，并且使發(fā)光元件ld1停止發(fā)射激光束。另外，cpu30重置定時(shí)器a。

在步驟s80，cpu30確定定時(shí)器b是否是在步驟s10重置定時(shí)器b之后已經(jīng)經(jīng)過時(shí)間t5或更長時(shí)間。時(shí)間t5是rom32的預(yù)設(shè)區(qū)域中存儲(chǔ)的參數(shù)，并且確定發(fā)光元件ld2的發(fā)光停止時(shí)段。時(shí)間t5被設(shè)置為長于時(shí)間t3。具體地，時(shí)間t5可以被設(shè)置為，滿足對應(yīng)于從發(fā)光元件ld1和發(fā)光元件ld2分別發(fā)出的光量的測量頻率(具體地，落在從大約30hz至大約1000hz的范圍內(nèi)的頻率)的時(shí)段。

通過這樣設(shè)置時(shí)間t5，如后面將描述的，從發(fā)光元件ld2的發(fā)光到其下一次發(fā)光的發(fā)光周期被設(shè)置為，長于發(fā)光元件ld1的發(fā)光周期。

當(dāng)步驟s80處的確定的結(jié)果是否定時(shí)，處理返回到步驟s20并且cpu30重復(fù)步驟s20至s80，以在發(fā)光元件ld2的發(fā)光停止時(shí)段期間，使發(fā)光元件ld1每當(dāng)時(shí)間t3在時(shí)間t4發(fā)射激光束。

同時(shí)，當(dāng)步驟s80處的確定的結(jié)果是肯定時(shí)，處理返回到步驟s90。

在后續(xù)步驟s90至s130，對發(fā)光元件ld2執(zhí)行與步驟s30和s70中例示的發(fā)光元件ld1相同的發(fā)光開始操作和發(fā)光停止操作。

即，在步驟s90，cpu30重置定時(shí)器b。

在步驟s100，cpu30向驅(qū)動(dòng)電路14通知指示發(fā)光元件ld2開始發(fā)光的發(fā)光開始指示。在接收到發(fā)光開始指示時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路14向發(fā)光元件ld2供給驅(qū)動(dòng)電力，并且使發(fā)光元件ld2發(fā)射激光束。

在步驟s110，cpu30從a/d轉(zhuǎn)換電路18獲取在發(fā)光元件ld2的發(fā)光時(shí)段中由發(fā)光元件ld2發(fā)出的、且在光接收元件3中接收的光的量，并且在ram34的預(yù)設(shè)區(qū)域中存儲(chǔ)所獲取的光量。

在步驟s120，cpu30確定定時(shí)器b是否是在步驟s90重置定時(shí)器b之后已經(jīng)經(jīng)過時(shí)間t6或更長時(shí)間。時(shí)間t6是rom32的預(yù)設(shè)區(qū)域中存儲(chǔ)的參數(shù)，并且確定發(fā)光元件ld2的發(fā)光時(shí)段。時(shí)間t6被設(shè)置為短于設(shè)置發(fā)光元件ld1的發(fā)光停止時(shí)段的長度的時(shí)間t3。

當(dāng)步驟s120處的確定的結(jié)果是否定時(shí)，cpu30重復(fù)步驟s120，并且等待，直到定時(shí)器b已經(jīng)經(jīng)過時(shí)間t6或更長時(shí)間為止。同時(shí)，當(dāng)步驟s120處的確定結(jié)果是肯定時(shí)，處理進(jìn)行到步驟s130。

在步驟s130，cpu30向驅(qū)動(dòng)電路14通知指示發(fā)光元件ld2停止發(fā)光的發(fā)光停止指示。在接收到發(fā)光停止指示時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路14向發(fā)光元件ld2供給驅(qū)動(dòng)電力，并且使發(fā)光元件ld2停止發(fā)射激光束。另外，cpu30重置定時(shí)器b。

在步驟s140，根據(jù)上述血流量測量方法，cpu30通過使在步驟s50獲取的發(fā)光元件ld1的所接收的光的量的時(shí)序數(shù)據(jù)經(jīng)過fft來計(jì)算各個(gè)頻率ω的譜分布，并且通過相對于整個(gè)頻率ω對計(jì)算得的譜分布進(jìn)行積分來測量血流量。

在步驟s150，根據(jù)上述血氧飽和度測量方法，cpu30在ram34的預(yù)設(shè)區(qū)域中存儲(chǔ)：在步驟s50獲取的發(fā)光元件ld1的所接收的光的量，和在步驟s110獲取的發(fā)光元件ld2的所接收的光的量。然后，cpu30通過使用所接收的光的量的時(shí)序數(shù)據(jù)計(jì)算等式(1)和(2)，或通過修改這些等式(1)和(2)而獲得的已知等式，來測量血氧飽和度。

在步驟s160，cpu30確定是否接收到結(jié)束測量活體信息的結(jié)束指示。當(dāng)步驟s160的確定的結(jié)果為否定時(shí)，處理返回到步驟s20，并且cpu30通過重復(fù)步驟s20至s160直到接收到結(jié)束指示為止，而繼續(xù)測量血流量和血氧飽和度。

圖13是例示了當(dāng)執(zhí)行圖12的活體信息測量程序時(shí)，發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)刻的一個(gè)示例的時(shí)刻圖。

如圖13例示，具有時(shí)間t3長度的發(fā)光停止時(shí)段和具有時(shí)間t4的長度的發(fā)光時(shí)段重復(fù)出現(xiàn)在發(fā)光元件ld1中。另外，具有時(shí)間t5長度的發(fā)光停止時(shí)段和具有時(shí)間t6的長度的發(fā)光時(shí)段重復(fù)出現(xiàn)在發(fā)光元件ld2中。然而，通過將發(fā)光元件ld2的發(fā)光停止時(shí)段設(shè)置為長于發(fā)光元件ld1的發(fā)光停止時(shí)段，可以避免發(fā)光元件ld2在發(fā)光元件ld1的每個(gè)發(fā)光時(shí)段發(fā)光的情況。

在這種情況下，測量單元20通過使用如下各項(xiàng)來測量血氧飽和度：在指示發(fā)光元件ld1和ld2的所接收的光的量的獲取時(shí)刻的光接收點(diǎn)96中的光接收點(diǎn)96b處獲取的發(fā)光元件ld2的所接收的光的量；和在發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段(該發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段沿著時(shí)間軸與包括光接收點(diǎn)96b的發(fā)光元件ld2的發(fā)光時(shí)段相鄰)期間在光接收點(diǎn)96a和光接收點(diǎn)96b中的一個(gè)處獲取的發(fā)光元件ld1的所接收的光量。

這是因?yàn)?，彼此時(shí)間上盡可能地靠近的發(fā)光元件ld1的所接收的光的量和發(fā)光元件ld2的所接收的光的量往往提高血液中氧飽和度的測量精度。下文中，“光接收點(diǎn)96時(shí)間上盡可能地彼此靠近”有時(shí)可以簡稱為“光接收點(diǎn)96彼此靠近”。

雖然發(fā)光元件ld2的發(fā)光停止時(shí)段的長度在圖12例示的活體信息測量程序的流程圖中是固定的，但發(fā)光元件ld2的發(fā)光停止時(shí)段的長度可以是可變的。

圖14是例示了限定發(fā)光元件ld2的發(fā)光停止時(shí)段的時(shí)間t5和時(shí)間t7被設(shè)置為不同值時(shí)，發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)刻的一個(gè)示例。即使在這種情況下，測量單元20通過使用光接收點(diǎn)96a處的發(fā)光元件ld1的所接收的光的量、光接收點(diǎn)96b(光接收點(diǎn)96b是光接收點(diǎn)96的一個(gè)示例，并且靠近光接收點(diǎn)96a)處的發(fā)光元件ld2的所接收的光的量、光接收點(diǎn)96c處的發(fā)光元件ld1的所接收的光的量、以及光接收點(diǎn)96d(光接收點(diǎn)96d是光接收點(diǎn)96的一個(gè)示例，并且靠近光接收點(diǎn)96c)處的發(fā)光元件ld2的所接收的光量，來測量血液中的氧飽和度。

另外，例如，在發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段的特定時(shí)段中所包括的多個(gè)發(fā)光時(shí)段中的光接收點(diǎn)96處的所接收的光的量的平均值，可以被假定為發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量。另外，在發(fā)光元件ld2的發(fā)光時(shí)段的特定時(shí)段中所包括的多個(gè)發(fā)光時(shí)段中的光接收點(diǎn)96處的所接收的光的量的平均值，可以被假定為發(fā)光元件ld2的發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量。

例如，如圖15例示，測量單元20計(jì)算在發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段的特定時(shí)段tld1中所包括的各個(gè)發(fā)光時(shí)段中的光接收點(diǎn)96a和96c處的所接收的光的量的平均值。另外，測量單元20計(jì)算在發(fā)光元件ld2的發(fā)光時(shí)段的特定時(shí)段tld2中所包括的各個(gè)發(fā)光時(shí)段中的光接收點(diǎn)96b和96d處的所接收的光的量的平均值。然后，測量單元20通過使用光接收點(diǎn)96a和96c處的所接收的光的量的平均值、和光接收點(diǎn)96b和96d處的所接收的光的量的平均值，來測量血液中的氧飽和度。

另外，如圖16例示，測量單元20可以在發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段和發(fā)光元件ld2的發(fā)光時(shí)段中設(shè)置多個(gè)光接收點(diǎn)96，獲取光接收點(diǎn)96處的所接收的光的量，并且將光接收點(diǎn)96處的所接收的光的量的平均值假定為，發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量。即，光接收點(diǎn)96a和96c處所接收的光的量的平均值被假定為，發(fā)光元件ld1的發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量，并且光接收點(diǎn)96b和96d處所接收的光的量的平均值被假定為，發(fā)光元件ld2的發(fā)光時(shí)段中的所接收的光的量。

雖然圖16例示了多個(gè)光接收點(diǎn)96被設(shè)置在發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)段中，并且對光接收點(diǎn)96處的所接收的光的量進(jìn)行平均化，但用于計(jì)算所接收的光的量的方法不限于此。例如，可以僅在發(fā)光元件ld1和ld2中的一個(gè)的發(fā)光時(shí)段中設(shè)置多個(gè)光接收點(diǎn)96。

即，用于測量的發(fā)光元件ld1和ld2的所接收的光的量的數(shù)據(jù)不限于圖14中例示的數(shù)據(jù)數(shù)量。例如，如圖15例示，特定時(shí)段可以包括多個(gè)發(fā)光時(shí)段，并且如圖16例示，可以在發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)段中設(shè)置多個(gè)光接收點(diǎn)96。

這樣，根據(jù)本示例性實(shí)施方式的活體信息測量裝置10可以控制發(fā)光元件ld1和ld2，使得發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)段不彼此交疊(雖然發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)段可能部分彼此交疊)，并且使得每單位時(shí)間的發(fā)光元件ld2的發(fā)光次數(shù)小于每單位時(shí)間的發(fā)光元件ld1的發(fā)光次數(shù)。

因此，可以用比當(dāng)發(fā)光元件ld1和ld2的發(fā)光時(shí)段被設(shè)置為彼此相等，并且發(fā)光元件ld1和ld2交替發(fā)光時(shí)消耗的電力少的電力，來測量血流量和血液中的氧飽和度。

另外，如上所述，活體信息測量裝置10可以用于測量血流速度。另外，如圖7例示，因?yàn)樵诠饨邮赵?中接收的光量根據(jù)動(dòng)脈的脈搏而變化，所以可以從光接收元件3中接收的光量的變化，來測量脈搏率。另外，可以通過對通過以時(shí)間順序測量脈搏率的改變而獲得的波形進(jìn)行兩次微分，來測量加速脈沖波。加速脈搏波用于估計(jì)血管年齡、診斷動(dòng)脈硬化等。

另外，活體信息測量裝置10可以用于測量其他活體信息，而不限于上述活體信息。

另外，雖然已經(jīng)在示例性實(shí)施方式中例示了控制單元12和測量單元20中的處理用軟件實(shí)施，但類似于圖13中例示的流程圖的處理可以用硬件來實(shí)施。在這種情況下，控制單元12和測量單元20中的處理可以比用軟件實(shí)施的處理更快地執(zhí)行。

而且，雖然示例性實(shí)施方式中已經(jīng)例示了活體信息測量程序安裝在rom32中，但示例性實(shí)施方式不限于此?？梢砸杂涗洺绦虻挠?jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)的形式來提供根據(jù)示例性實(shí)施方式的活體信息測量程序。例如，根據(jù)示例性實(shí)施方式的活體信息測量程序可以以記錄程序的便攜式記錄介質(zhì)的形式來提供，諸如光盤(cd)-rom、數(shù)字通用光盤(dvd)-rom、通用串行總線(usb)存儲(chǔ)器等。而且，根據(jù)示例性實(shí)施方式的活體信息測量程序可以以記錄程序的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的形式來提供，諸如閃存等。

對本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的上述說明是為了例示和說明的目的而提供的。并非旨在對本發(fā)明進(jìn)行窮盡，或者將本發(fā)明限于所公開的精確形式。顯而易見的是，很多修改例和變型例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。選擇了實(shí)施方式進(jìn)行說明以最好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，以使本領(lǐng)域其它技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施方式，以及適合于所設(shè)想的具體用途的各種變型。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求及其等同物來限定。