JP2009247679A - 脈波検出方法および脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度条件に影響されることなく所望の脈波情報を得ることができる脈波検出方法および脈波検出装置を提供する。
【解決手段】 発光部１１より指に向けて照射した光のうち指を透過した光または指で反射した光を受光部１２で受光し、受光した光を電気信号に変換するとともに該電気信号を増幅部１４にて増幅して脈波を検出する脈波検出方法において、指の温度および周囲の温度の少なくとも何れか一方を測定し、温度と、発光部からの光の発光量、受光部の受光感度および受光した電気信号の増幅度の少なくとも何れか一つと、を対応付けるテーブル４０を備え、テーブルは、温度が低いほど、発光量、受光感度および増幅度が高くなるように規定されており、テーブルを参照して、温度に対応した発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つを採用し、脈波を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、脈波検出方法および脈波検出装置に関するものである。

従来から、脈波や脈拍数などの脈波情報を検出、表示可能な脈波検出装置が知られている。脈波検出装置は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などで構成された発光部から指表面に向けて光を照射する一方、指（血管）から反射してきた光または指を透過してきた光をＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）などで構成された受光部で受光することにより、血量変化を受光量の変化として検出し、その検出結果に基づいて脈波や脈拍数などを検出できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１０８１９２号公報

ところで、上述した特許文献１の脈波検出装置を用いて指先の脈波を検出しようとした場合、指先の温度（体温）または被測定者の位置している周囲の温度により、指先の血管（毛細血管）の状態が変化してしまうため、血流が変化し、脈波の振幅が変化してしまう。脈波の振幅が変化すると、検出した脈波信号を用いて装置内に設けられたＣＰＵにおいて演算などを行う際に、その脈波信号が演算に利用できず、所望の脈波情報が得られないという問題があった。

そこで、本発明は、温度条件に影響されることなく所望の脈波情報を得ることができる脈波検出方法および脈波検出装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る脈波検出方法は、発光部より指に向けて照射した光のうち該指を透過した光または該指で反射した光を受光部で受光し、受光した光を電気信号に変換するとともに該電気信号を増幅して脈波を検出する脈波検出方法において、前記指の温度および周囲の温度の少なくとも何れか一方を測定し、該温度と、前記発光部からの光の発光量、前記受光部の受光感度および受光した前記電気信号の増幅度の少なくとも何れか一つと、を対応付けるテーブルを備え、該テーブルは、前記温度が低いほど、前記発光量、前記受光感度および前記増幅度が高くなるように規定されており、前記テーブルを参照して、前記温度に対応した前記発光量、前記受光感度および前記増幅度の少なくとも何れか一つを採用し、前記脈波を検出することを特徴としている。

この発明は、指の温度または周囲の温度が低くなると、指先の毛細血管が収縮し血流が減少するため、脈波の振幅が小さくなり、一方、指の温度または周囲の温度が高くなると、指先の毛細血管が拡張し血流が増加するため、脈波の振幅が大きくなるという知見に基づいている。
上述のように構成することで、脈波を検出する際に指の温度および周囲の温度の少なくとも何れか一方を測定し、例えば、脈波検出装置の記憶部に記憶されている温度と、発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つと、を対応付けるテーブルを参照して、その温度に対応した発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つを採用した上で脈波検出をすることで、所望の振幅を有する脈波を得ることができる。
つまり、上述した知見をもとに、テーブルの設定値を、温度が低いほど、発光量、受光感度および増幅度が高くなるように（温度が高いほど、発光量、受光感度および増幅度が小さくなるように）規定しているため、温度条件に影響されることなく、確実に所望の振幅を有する脈波情報を得ることができる。

また、本発明に係る脈波検出装置は、指に向けて光を照射する発光部と、該発光部より照射された光のうち前記指を透過した光または前記指で反射した光を受光可能な受光部と、を備えた脈波検出装置において、前記指の温度および周囲の温度の少なくとも何れか一方を測定する温度センサが配置され、前記温度センサで検出した前記温度と、前記発光部からの光の発光量、前記受光部の受光感度および前記受光部で検出した光を変換した電気信号の増幅度の少なくとも何れか一つと、を対応付けるテーブルを備え、該テーブルは、前記温度が低いほど、前記発光量、前記受光感度および前記増幅度が高くなるように規定されており、前記テーブルの情報をもとに、前記発光量を調整する発光量調整部、前記受光感度を調整する受光感度調整部および前記増幅度を調整する増幅度調整部の少なくともいずれか一つを備えていることを特徴としている。

このように構成することで、脈波を検出する際に温度センサにより指の温度および周囲の温度の少なくとも何れか一方を測定し、例えば、脈波検出装置の記憶部に記憶されている温度と、発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つと、を対応付けるテーブルを参照して、その温度に対応した発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つを採用した上で、発光量調整部、受光感度調整部および増幅度調整部にて調整し、脈波検出をすることで、所望の振幅を有する脈波を得ることができる。
つまり、テーブルの設定値を、温度が低いほど、発光量、受光感度および増幅度が高くなるように（温度が高いほど、発光量、受光感度および増幅度が小さくなるように）規定しているため、温度条件に影響されることなく、確実に所望の振幅を有する脈波情報を得ることができる。

さらに、本発明に係る脈波検出装置は、前記温度センサが、前記発光部および前記受光部を収容するとともに、前記指を載置可能なセンサケースの前記指を載置する表面に設けられていることを特徴としている。
このように構成することで、脈波を検出するためにセンサケースに指を載置すると、略同時に温度センサにより指の温度を測定することができる。したがって、脈波検出時の検出対象の指の温度に基づいて、発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つを設定した上で脈波を検出することができる。結果として、所望の振幅を有する脈波を得ることができる。

本発明に係る脈波検出方法によれば、脈波を検出する際に指の温度および周囲の温度の少なくとも何れか一方を測定し、例えば、脈波検出装置の記憶部に記憶されている温度と、発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つと、を対応付けるテーブルを参照して、その温度に対応した発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つを採用した上で脈波検出をすることで、所望の振幅を有する脈波を得ることができる効果がある。
つまり、テーブルの設定値を、温度が低いほど、発光量、受光感度および増幅度が高くなるように（温度が高いほど、発光量、受光感度および増幅度が小さくなるように）規定しているため、温度条件に影響されることなく、確実に所望の振幅を有する脈波情報を得ることができる効果がある。

次に、本発明に係る脈波検出装置の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。

（脈波検出装置）
図１は、脈波検出装置の概略構成ブロック図である。
図１に示すように、脈波検出装置１０は、指Ｆに光を照射する発光部１１と、発光部１１から指Ｆに照射した光のうち、その一部である反射光を受光する受光部１２と、受光部１２で得られた光を変換した電気信号に対して脈波の帯域を抽出するフィルタ部１３と、フィルタ部１３を通過した信号値（波形）に対してその波形の振幅を調節する増幅部１４と、増幅部１４からの信号を受信して各種演算などを実行するＣＰＵ１５と、ＣＰＵ１５による演算結果から脈波の波形などの脈波情報を表示する出力部１６と、ＣＰＵ１５に対して各種設定条件などを与えるための入力部１７と、デジタル信号に変換された脈波データや後に詳述するテーブルなどを記憶しておくＲＡＭで構成された記憶部１８と、ＣＰＵ１５に対してクロックを供給する発振部１９と、を備えている。

図２は、センサユニットに指を載置した状態を示す側面図である。
図２に示すように、センサユニット２１は、箱型のセンサケース２２と、センサケース２２の内部に構成された部品収納空間２３内に配置され、例えばＬＥＤからなる発光部１１と、ＰＤからなる受光部１２と、を備えている。なお、センサケース２２における指の長手方向に沿う長さは、指の第一関節と略同等の長さで形成されている。

センサケース２２の上面２２ａにはガラス板などで構成された透光板２６が配されており、透光板２６の部品収納空間２３側に、発光部１１および受光部１２が取り付けられ、指Ｆに対して発光し、その反射光を受光できるようになっている。また、センサケース２２の上面２２ａには、脈波を検出する指Ｆの温度を測定するための温度センサ３１が設けられている。温度センサ３１上に指Ｆを載置することで、指Ｆの温度が測定できるようになっている。

図１に戻り、脈波検出装置１０には、発光部１１から照射する光の発光量を調整する発光量調整部３２と、受光部１２で光を受光する際の受光感度を調整する受光感度調整部３３と、増幅部１４で信号値（波形）に対してその波形の振幅を増減させるその増幅度を調整する増幅度調整部３４と、が設けられている。

また、記憶部１８には、指Ｆの温度と、発光部１１から照射する光の発光量、受光部１２で受光する受光感度および増幅部１４での波形の増幅度と、を関連付けるテーブル４０が予め記憶されている。

図３はテーブル４０の概略構成図である。
図３に示すように、テーブル４０は、例えば指Ｆの温度が３０℃のときに、発光量、受光感度および増幅度の係数を１としている。つまり、指Ｆの温度が３０℃であれば、発光量、受光感度および増幅度を調整することなく、フィルタ部１３を通過して得られた信号（波形）を脈波信号としてＣＰＵ１５が受け取ることとなる。

指Ｆの温度が３０℃未満のときは、温度が低くなるにつれて指先の毛細血管が収縮し血流が減少するため、脈波の振幅が小さくなる。したがって、指Ｆの温度が低くなるほど発光量、受光感度および増幅度の係数が１より大きくなっていくように規定されている。

一方、指Ｆの温度が３０℃を超えるときは、温度が高くなるにつれて指先の毛細血管が拡張し血流が増加するため、脈波の振幅が大きくなる。したがって、指Ｆの温度が高くなるほど発光量、受光感度および増幅度の係数が１より小さくなっていくように規定されている。

（作用）
次に、脈波検出装置１０で指の脈波を検出する作用を説明する。
図２に示すように、センサケース２２の上面２２ａに指Ｆを押え付けるようにして密着させると、指Ｆが透光板２９に当接するとともに、温度センサ３１に当接するように配置される。

この時点で、温度センサ３１により指Ｆの温度を測定する。温度センサ３１で指Ｆの温度が測定されると、テーブル４０を参照して、その温度に対応した発光量、受光感度および増幅度の少なくともいずれか一つの係数を採用する。

例えば、発光量を調整する際には、指Ｆの温度に対応した発光量の係数をもとに発光量調整部３２で発光量の調整をし、発光部１１より調整後の発光量で指Ｆに光を照射する。

また、受光感度を調整する際には、指Ｆの温度に対応した受光感度の係数をもとに受光感度調整部３３で受光感度の調整をし、受光部１２にて調整後の受光感度で指Ｆから反射してきた光を受光する。

同様に、増幅度を調整する際には、指Ｆの温度に対応した増幅度の係数をもとに増幅度調整部３４で増幅度の調整をし、フィルタ部１３を通過してきた信号（波形）に対して調整後の増幅度を用いて波形の振幅を調整する。

図４はテーブルを用いずに発光量、受光感度および増幅度を一定値（固定）にしたときの得られる脈波形状のイメージ図であり、図５はテーブルを用いて発光量、受光感度および増幅度を調整したときに得られる脈波形状のイメージ図である。なお、図４、図５は、横軸が時間、縦軸が増幅部からの出力値（ＡＣ成分のみ）を表したものである。

図４に示すように、発光量、受光感度および増幅度をいずれも一定値として固定した場合には、指Ｆの温度が適温（例えば、３０℃）の場合には、所望の振幅の脈波形状が得られる（図４（ｂ）参照）。しかしながら、指Ｆの温度が低い（例えば、３０℃未満）場合には、指先の毛細血管が収縮し血流が減少するため、脈波の振幅が小さくなっている（図４（ａ）参照）。

このように脈波の振幅が小さくなりすぎると、装置の処理分解能によっては脈波を正確に認識することができない場合がある。また、得られた波形を、ある閾値をもとに２値化するような場合に振幅が小さすぎると２値化処理ができない場合がある。

逆に、指Ｆの温度が高い場合（例えば、３０℃を超える場合）には、指先の毛細血管が拡張し血流が増加するため、脈波の振幅が大きくなっている（図４（ｃ）参照）。

このように脈波の振幅が大きくなりすぎると、装置の処理レンジを超えてしまう虞がある。つまり、検出された脈波の波形の頂部がつぶれたような形状になり、正確な脈波が得られない場合がある。

これに対して、図５に示すように、発光量、受光感度および増幅度の少なくとも一つを調整可能にし、指Ｆの温度によって係数を調整することにより、温度条件に影響されることなく、略同一の振幅を有する脈波波形を得ることが可能となる。

つまり、指Ｆの温度が低い場合には、脈波の振幅が小さくなるところを、発光量、受光感度および増幅度の係数を大きくして脈波の振幅が大きくなるように調整する。一方、指Ｆの温度が高い場合には、脈波の振幅が大きくなるところを、発光量、受光感度および増幅度の係数を小さくして脈波の振幅が小さくなるように調整する。

なお、発光量、受光感度および増幅度の調整は、予めどの項目を調整するかを設定しておいてもよいし、脈波検出装置１０の入力部１７から脈波を測定する際に被測定者が入力して設定するようにしてもよい。また、発光量、受光感度および増幅度のいずれか一つまたは二つだけ調整可能に構成してもよいし、全ての項目を調整可能に構成してもよい。つまり、発光量、受光感度および増幅度の少なくとも一つを調整可能に構成して、所望の振幅を有した脈波を検出できるようにすればよい。

本実施形態の脈波検出装置１０によれば、指Ｆの温度を測定する温度センサ３１をセンサケース２２の上面２２ａに配置し、温度センサ３１で検出した温度と、発光部１１からの光の発光量、受光部１２の受光感度および受光部１２で検出した光を変換した電気信号の増幅度と、を対応付けるテーブル４０を備えた。また、テーブル４０は、指Ｆの温度が低いほど、発光量、受光感度および増幅度が高く（大きく）なるように規定されており、このテーブル４０の情報をもとに、発光量を調整する発光量調整部３２、受光感度を調整する受光感度調整部３３および増幅度を調整する増幅度調整部３４を備えるようにした。

このように構成することで、脈波を検出する際に温度センサ３１により指Ｆの温度を測定し、脈波検出装置１０の記憶部１８に記憶されている温度と、発光量、受光感度および増幅度と、を対応付けるテーブル４０を参照して、その温度に対応した発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つを採用した上で、発光量調整部３２、受光感度調整部３３および増幅度調整部３４にて調整し、脈波検出をすることで、所望の振幅を有する脈波を得ることができる。

つまり、テーブル４０の設定値を、温度が低いほど、発光量、受光感度および増幅度が高くなるように（温度が高いほど、発光量、受光感度および増幅度が小さくなるように）規定しているため、温度条件に影響されることなく、確実に所望の振幅を有する脈波情報を得ることができる。

さらに、温度センサ３１をセンサケース２２の上面２２ａに配置したため、脈波を検出するためにセンサケース２２に指Ｆを載置すると、略同時に温度センサ３１により指Ｆの温度を測定することができる。したがって、脈波検出時の検出対象の指Ｆの温度に基づいて、発光量、受光感度および増幅度の少なくとも何れか一つを設定した上で脈波を検出することができる。結果として、所望の振幅を有する脈波を得ることができる。

尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。すなわち、本実施形態で挙げた具体的な形状、構成、数値などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、本実施形態では、反射型の脈波検出装置の場合で説明したが、透過型の脈波検出装置にも同様に採用することができる。
また、本実施形態では、温度センサで指の温度を測定し、その温度に対応して発光量などを調整する場合の説明をしたが、温度センサで周囲の温度（気温）を測定し、その温度に対応して発光量などを調整するようにしてもよい。なお、この場合、適温を例えば２５℃に設定し、適温に対して低い温度か高い温度かで調整すればよい。

本発明の実施形態における脈波検出装置の概略構成ブロック図である。 本発明の実施形態におけるセンサユニットに指を載置したときの側面図である。 本発明の実施形態におけるテーブルのイメージ図である。 本発明の実施形態における発光量、受光感度および増幅度を固定したときの脈波の出力結果のイメージ図である。 本発明の実施形態における発光量、受光感度および増幅度を調整したときの脈波の出力結果のイメージ図である。

符号の説明

１０…脈波検出装置 １１…発光部 １２…受光部 ２２…センサケース ２２ａ…上面（表面） ３１…温度センサ ４０…テーブル Ｆ…指

Claims (3)

1. 発光部より指に向けて照射した光のうち該指を透過した光または該指で反射した光を受光部で受光し、受光した光を電気信号に変換するとともに該電気信号を増幅して脈波を検出する脈波検出方法において、
   前記指の温度および周囲の温度の少なくとも何れか一方を測定し、
   該温度と、前記発光部からの光の発光量、前記受光部の受光感度および受光した前記電気信号の増幅度の少なくとも何れか一つと、を対応付けるテーブルを備え、
   該テーブルは、前記温度が低いほど、前記発光量、前記受光感度および前記増幅度が高くなるように規定されており、
   前記テーブルを参照して、前記温度に対応した前記発光量、前記受光感度および前記増幅度の少なくとも何れか一つを採用し、前記脈波を検出することを特徴とする脈波検出方法。
2. 指に向けて光を照射する発光部と、
   該発光部より照射された光のうち前記指を透過した光または前記指で反射した光を受光可能な受光部と、を備えた脈波検出装置において、
   前記指の温度および周囲の温度の少なくとも何れか一方を測定する温度センサが配置され、
   前記温度センサで検出した前記温度と、前記発光部からの光の発光量、前記受光部の受光感度および前記受光部で検出した光を変換した電気信号の増幅度の少なくとも何れか一つと、を対応付けるテーブルを備え、
   該テーブルは、前記温度が低いほど、前記発光量、前記受光感度および前記増幅度が高くなるように規定されており、
   前記テーブルの情報をもとに、前記発光量を調整する発光量調整部、前記受光感度を調整する受光感度調整部および前記増幅度を調整する増幅度調整部の少なくともいずれか一つを備えていることを特徴とする脈波検出装置。
3. 前記温度センサが、前記発光部および前記受光部を収容するとともに、前記指を載置可能なセンサケースの前記指を載置する表面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の脈波検出装置。

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