JPS5838534A - 脈拍検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、人体表面に誘導される心電位を検出して、脈
拍数を計数する脈拍計測回路および心電位検出回路に関
するものである。

一般に人体の左右の腕の間に誘導される心電位は、第１
図に示めされるように、Ｐ波＊Ｑ　　Ｒ−８波、Ｔ波よ
り構成され、これらの波が周期的に現われる。このうち
Ｑ−Ｒ−８波の電位変化Ｖ、−。

が一番大きく約α２　ｍ　Ｖ〜１．０　ｍ　Ｖある。従
って１；１−Ｒ−８波を検出する方法が、一般的に行な
われている。さらに上記心電位には、体外より体表面に
誘導された５０Ｈ＊もしくは６０Ｈｍのノイズが重畳さ
れている。

従来、心電位を検出して脈拍計測を行う回路として第２
図に示す回路がある。１は心電位センス電極で増巾回路
２の入力端子に接続される。増巾回路２で微弱な心電位
は増巾される。増巾回路２の出力信号はバンドパス・フ
ィルター３に入力さレル。バンドパス・フィルター３の
中心周波数ｆ・はＱ　−Ｒ−８波の周波数的２０Ｋｍに
設計され、Ｐ波とＴ波および、５０Ｈｓｅおよび６０Ｈ
ｚノイズは減衰もしくは除去される。“バンドパス・フ
ィルター３の出力信号はローパスフィルター４に入力さ
れる。ローパス・フィルター４で、前記バンドパス・フ
ィルターで除去しきれなか９た外部ノイズを除去する。

ローパスフィルター４の出力信号はコンパレータ５に入
力される。コンパレータ５で所定の電位レベル以上にあ
るＱ　−Ｒ−Ｓ波のみ検出され出力端子にパルス信号を
出力する。コンパレータ５の出力信号は計数回路６に入
力される。計数回路６で５番目のパルスとｎ＋１番目の
パルスの発生間隔Ｔ（秒）を計測し、脈拍へ変換するた
め下なる演算を行ない、演算結果を出力する。この演算
結果は被測定者の脈拍数を表わす。計数回路６の出力は
表示部７に入力され、駆動回路を介して液晶などの表示
体により脈拍数が表示されるものであった。ところで心
電位の大きさは、被測定者の体質や年令によっても興な
り、また同一の被測定者においても湿度などの環境条件
の相違により誘導される心電位の大きさが異なり、この
ため従来のこの種の計測回路では、被測定者が異なると
測定不能となったり、同一被測定者でも環境が変化する
と測定不能となりた。これらの事態を予測して、あらか
じめ増巾回路２の増巾率を上げたり、コンパレータ５の
感度を上げて、心電位が小さい場合でも検出可能にする
方法も試みられたが、正常なる大きさの心電位が誘導さ
れる被測定者では、ノイズも大きく、このような場合、
感度を上げたためノイズを課検出する事態が発生し、単
に感度を上げておくだけでは、脈拍検出の保証率を高め
る事はできなかった。

本発明は、上記のような従来の欠点を除去するためなさ
れたものであり、あらゆる被測定者に対しても、またあ
らゆる環境条件においても高い精度で脈拍測定のできる
回路を提供することを目的としたものである。

以下図面に示す実施例によりて本発明を詳述する。第Ｓ
図は本発明による脈拍計測回路である。

第３図中１１は、心電位センス電極である。被測定者は
、体表面の一部、たとえば一方の腕の皮膚の一部を第３
図回路のアースに密着させ、他方の腕の皮膚の一部、た
とえば指先を前記の心電位センス電極１１に接触させて
、脈拍を計測する。

心電位センス電極１１はコンデンサ１２と抵抗１３を介
して、電源電圧の中点電位に接続する。このシネテムで
は電源のプラス電位をアース、マイナス電位をＴｓａと
する。従って中点電位は　／２となる。コンデンサ１２
は、信号の直流分除去を目的とし、抵抗１５はコンデン
サ１２の電荷を放電するために必要である。コンデンサ
１２と抵抗１５（り接続点はＯＦアンプ１４の＋入力端
子に接続される。ＯＰアンプ１４の出力端子は抵抗１５
と抵抗１６を介して　／２に接続される。またＯＰアン
プ１４の一入力端子は抵抗１５と抵抗１６の接続点に接
続される。ＯＦアンプ１４と抵抗１５と抵抗１６で増巾
回路を構成する。ＯＦアンプ１４の出力端子は抵抗１７
とコンデンサ１９を介してｏｐアンプ２１の一入力端子
に接続される。抵抗１７とコンデンサ１９の接続点はコ
ンデンサ１８を介してＯＰアンプ２１の出力端子に接続
される。抵抗２０はｏｐアンプ２１の一入力端子と出力
端子に接続される。ＯＰアンプ２１の＋入力端子はＶ″
′／２に接続される。ＯＰアンプ２１．抵抗１７、抵抗
２０．コンデンサ１８．；ンデンサ１９でバンドパスフ
ィルタを構成する。Ｏｒアンプ２１の出力端子は抵抗２
２と抵抗２３の直列抵抗を介してｏｐアンプ２６の＋入
力端子に接続される。

抵抗２２と抵抗２３０接続点は、コンデンサ２４を介し
てＯＰアンプ２６の出力端子に接続される・コンデンサ
２５はＯＦアンプ２６の＋入力端子とＶＳ″／２に接続
される。ＯＦアンプ２６の一入力端子は出力端子と接続
される。ＯＦアンプ２６と抵抗２２と抵抗２３とコンデ
ンサ２４とコンデンサ２５で２次の四−バスフィルタを
構成する。

ｏｐアンプ２６Ｃ）出力端子は抵抗２７を介して図中表
点に接続される。ム点とｖｓ１間には抵抗２８が接続さ
れる。また抵抗２７と並列に、抵抗２９αと夏チャンネ
ルＭＯＩ１３０８が直列接続で挿入される。同様の構成
で、抵抗２９％とｙチャンネルＭＯ！１５０％が抵抗２
７と並列に接続される。

抵抗２９ルとＭＭ０８３０％とは任意のａ　−ｓ番目ま
での複数個の抵抗と１ＭＯ８のブロックを意味するもの
である。ＮチャンネルＭＯ８５０番〜３０襲のゲートは
、感劇調整デコーダとして働らくオーバー７ａ−デコー
ダ４１Ｏ出力層子におのおの接続されている。

ｔたム点はコンパレータＳｍの十入力端子にＩＩ！！さ
れる。ｏｒアンプ２６の出力端子は抵抗５１を介してフ
ンパレータ５２の一入力端子に接続される。またコンパ
レータ３２の一入力端子はコンデンサ３！を介してＶｍ
■に接続される。コンパレータ５２と抵抗２７．抵抗２
８．抵抗３１．スンデンサＳ３で電圧検出回路を構成す
る。抵抗２９ａ−２９％は感度調整抵抗として、重たＭ
ＭＯｆ１５０＠〜３０ルはスイッチ回路として使用され
る。

上−記回路構成により脈拍検出回路部が構成される。上
記回路構成において、最終段のコンパレータ３２は、心
電位のＱ　−Ｒ−８波を検出した時、出力にパルスを発
生する。従って脈拍検出モードでない場合、または脈拍
検出モードでありても心電位信号が小さくて検出できな
い場合などは、コンパレータ３２の出力信号は、論理レ
ベル「０」である。コンパレータ３２の出力信号は、マ
スク回路３３惰に入力される。マスク回路！ｉｔｍは、
Ｑ　−Ｒ−Ｓ波を検出した後、所定の期間、入力信号な
受は付けないマスク期間を設けるための回路である。こ
れは通常の心電位波形においては、Ｑ−Ｒ−１波の後に
約３００愼秒連れて現われる比較的振巾の大きいＴ波を
誤検出する事を防止するため必要となる。

マスク回路３５ｍの出力端子は、クロック制御回路３４
の入力端子に接続される。クロック制御回路Ｓ４はマス
ク回路３３惰の出力が論理レベル「１」に変化した事を
検出し出力端子に「１」レベルの論理信号を出力する。

クロック制御回路３４の出力信号は、次のＱ　−Ｒ−Ｓ
波によりマスク回路３３ｍが再び出力信号を「１」レベ
ルにするまで、「１」レベルを維持する。

クロック制御回路３４の出力端子は２人力ＡＮＤゲート
３５の一方の入力端子に接続される。また２人力ＡＮＤ
ゲートの他方の入力端子にはクロック発生回路３９の出
力信号が接続される。

前記２人力ＡＮＤゲート５５の出力端子はカウンタ３６
０入力端子に接続される。カウンタ３６の出力端子はデ
コーダ３７を介してディスプレイ５８に接続される。

上記回路構成により、脈拍数をカウントする方法を説明
する。またタイミングチャートを第４図に示す。

心電位検出回路部によりＱ−Ｒ−８波が検出され、場合
によってはＴ波も検出され、コンパレータ３２の出力に
ＨＰＵＬ信号が現われる。Ｔ波を除去するためマスク回
路３３鵠の出力信号はＭＳＫＯとなる。クロック制御回
路３４の出力信号０Ｌ００は第４図に示すように、ある
心電位信号が発生してから、次の心電位信号が発生する
までの期間「１」レベルとなり、クロック信号をカウン
タ３６に送り込む。カウンタ３６でカウントされたクロ
ック数はデコーダ３７でデコードされてディスプレイ３
８にて表示される。クロック数は以下の換算式により脈
拍数にデコードされる。

・・・・・・（１） 但しｆはクロック周波数である。

たとえばクロック信号周波数が２５６Ｈｚで、カウント
数が２００の時。

とデコードされる。

またカウンタ３６は１．脈拍の一周期ごとにリセットさ
れる。これはクロック制御回路の出力信号０１００の脈
拍−周期ごとに発生する「０」レベル信号により行なわ
れる。

更に前記カウンタ３６は、所定のカウント数を越すとオ
ーバーフロー信号Ｏｒを出力し、カウンタ３６をリセッ
トする。

所定のカウント数は、一般に考えられる常人の最低脈拍
数に対応する値である。すなわちカウンタ３６がオーバ
ーフローするという事は、最低脈拍数に相当するパルス
間隔よりも長い期間、パルスが現われない事であり、脈
拍検出回路部で脈拍検出が行なわれていない事を意味す
る。

本発明による脈拍検出回路においては正常に脈拍検出を
行うために、脈拍検出回路部の検出感度を調整する回路
が付加されている。

以下に感度調整システムを説明する。

カウンタ３６０オーバーフロー出力端子は、オーバー７
０−カウンタ４０に入力される。尚、前記カウンタ３６
とオーバー７０−カウンタ４０は、それぞれ心拍測定モ
ード信号ＨＲＭによってリセットされる。１（ＲＭ倍信
号、脈拍測定の際、該心拍計に取り付けられた操作ボタ
ン等の入力手段により測定に先立って入力される信号で
ある。

この状態で第１のオーバーフロー信号が出力されると、
オーバーフレーカ１ウンタ４０はこれをカウントし、出
力信号はオーバーフローデコーダ４１に入力される。

オーバーフローデコーダ４１の複数の出力信号のうち、
一つだけ「１」レベルに変化し、これに応じてＮＭＯＢ
　５０α〜５０ｎのスイッチの一つを選択する。たとえ
ばＮＭＯ８３０αが選択されたとすると、ＮＭＯ８３０
ｇは導通し抵抗２９αがＡ点に接続される。この時、検
出される入力信号Ｖｌｎｓ次式（２）で表わされる。

但し、Ａ：アンプ回路、フィルター回路より決まる伝達
関数 Ｒ寞１２７とＲｎの並列合成抵抗 すなわち、並列合成抵抗の値が小さい程、小さい入力信
号を検出で・きるようになり、検出感度は上昇する。上
述のように検出感度が１ステツプ上昇した状態で、測定
可能となれば、正常なる測定結果がディスプレイ３８に
表示されるが、測定が不可能なる場合には、再びカウン
タ５６よりオーツ（−７０−信号が出力される。この結
果オーバーフローカウンタ４０は、これをカウントし、
オーバー７０−デコーダ４１を介して２つのＭＭＯＥＩ
スイッチが導通し、感度は初期に比らぺてステップ上昇
する。同様にしてオーバー７０−カウンタ４０がオーバ
ーフローをカウントする毎に検出感度は自動的に上昇し
、最適な検出状態に達する。

また一旦、測定を中止し、被測定者が別人に変わったと
しても、測定モードスイッチを操作すればＨＲＭ信号に
より２つのカウンタ３６と４０はリセットされ、新規に
被測定者あるいは測定環境に適合した検出状態を自動的
に作り出す事ができる以上説明したように、本発明にお
いては、脈拍計測システム内に、脈拍検出状態を監視す
るシステムを設け、被測定者の違いによる心電位信号の
−バラツキや、測定環境の変化により脈拍測定が不可能
となった場合、これを検出して、自動的に脈拍検出感度
を最適になるよう調整されるため、被測定者の違いによ
る測定不能状態を回避できるとともに、環境変化に対し
ても十分な測定能力を有する脈拍測定回路を提供でき乙
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、人体の左右の腕に誘導される心電位波形の略
図である。 第２図は、従来の脈拍計測回路のブロック図である。 第３図は、本発明の脈拍計測回路の回路図である。 第４図は、第３図回路図の主要部のタイミングチャート
である。 １．１１・・・・・・心電位センス電極２・・・・・・
増巾回路 ３・・・・・・バンドパスフィルター ４１１−…ローパスフィルター ５・・・・・・コンパレータ ６・・・・・・計数回路 ７・・・・・・表示部 １４，２１．２６・・・・・・ＯＰアンプ３２・・・・
・・コンパレータ ３３・・・・・・マスク回路 ３４・・・・・・クロック制御回路 ３９・・・・・・クロック発生回路 ３６・・・・・・カウンタ ３７・・・・・・デコーダ ３８・・・・・・表示部 ４０・・・・・・オーバー７０−カウンタ４１・・・・
・・オーバーフローデコーダ２９（１〜２９１％・・・
・・・感度調整抵抗３０ａ〜３０ル・・・・・・スイッ
チ用ＮＭＯＳ以上 出願人　株式金社第二精玉舎 代理人　弁理士　最上　　務 第１図 尺 Ｐ　ＱＳ丁 ＄２ｍｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　心電位センス電極、増巾回路、複数のフィル
   ター騨、電圧比較回路より成る脈拍検出部と、りｐツク
   発生回路と信号部［１１路と表示回路と表示体より構成
   される脈拍検出１ｉｔｉｓにおいて、脈拍検出状態微視
   システムと検出感度調整システムを有する事を特徴とす
   る脈拍検出回路。 ―）　前記の脈拍検出状態監視システムは、脈拍周期を
   計測するカフｙりと該カウンタ０オーバーフ０−出力端
   子に入力端子を接続したオーバー７ｗ−カウンターより
   成る事を特徴とする特許請求Ｏ範１１ｆａ１１項記載の
   脈＃ＩＩ検出回路。 （８）　　前記の検出感度調整システムは、前記オーバ
   ー７０−カウンタの出力端子に入力端子を接続したオー
   バー７０−デ】−ダと、該オーバー７璽−デコーダ出力
   により制御されるスイッチ群と感度調整抵抗群を有する
   電圧検出回路より成る事を特徴とする特許請求の範Ｈ第
   １項記載の脈拍検出回路。