JP2010207274A - Pulse wave measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脈波測定装置、より詳細には、発光素子で発光され受光素子で受光された光を変換した電気信号に基づいて脈波を測定する脈波測定装置に関する。 The present invention relates to a pulse wave measuring apparatus, and more particularly to a pulse wave measuring apparatus that measures a pulse wave based on an electric signal obtained by converting light emitted from a light emitting element and received by a light receiving element.
例えば、特許文献1には、被験者の片腕に装着して、日常生活中、常時血圧を測定するための携帯型血圧計が開示されている。特許文献1の携帯型血圧計は、心電波と容積脈波を測定して容積脈波の伝達時間を求め血圧の最高値、最低値を算出するもので、生体表面に接する一つの電極を有する心電波検出手段と、生体表面に接する光電センサを有する容積脈波検出手段とを備えている。そして心電波検出手段は、一つの電極に誘導される心電位を心電波検出手段のグラウンドに対する電位として心電波を検出し、また、容積脈波検出手段は、生体の表面に接する光電センサで脈波を測定して、心電波R波と脈波ピークの時間差から脈波伝達時間を求め、あらかじめ決められた脈波伝達時間と血圧の相関テーブルに基づき血圧を算出する。
For example,
また、特許文献2では、超音波を用いて最高血圧を測定するための超音波血流計が開示されている。この超音波血流計は、超音波を血管に照射して血流を血流信号に変換する超音波プローブと、変換された血流信号をオーディオ信号として出力したり血流速として表示する処理機能をもった血流計本体と、血流計本体に接続されるカフとを有している。そして、血流計本体にはカフに対する加減圧用ポンプと、カフ圧を計測する圧力センサがそれぞれ内蔵され、カフ圧の減圧直後における血流信号を計測して得た最高血圧をLCD上に表示する。
さらに特許文献3では、カフを用いずに血圧を測定する血圧測定装置及び方法が開示されている。この血圧測定装置は、生体の血流速度を測定する測定部と、容積脈波を測定する測定部とを有している。そして、血流速度測定部と容積脈波測定部から得られた情報から血流量及び血管抵抗を算出し、血圧を測定する。 Further, Patent Document 3 discloses a blood pressure measuring device and method for measuring blood pressure without using a cuff. This blood pressure measurement device has a measurement unit that measures the blood flow velocity of a living body and a measurement unit that measures volume pulse waves. Then, the blood flow volume and vascular resistance are calculated from the information obtained from the blood flow velocity measurement unit and the volume pulse wave measurement unit, and the blood pressure is measured.
例えばLED(light emitting diode)素子とPD(photodiode)素子とによる光電素子を使用して脈波を測定する脈波測定装置では、LED素子で発光した光を人間の動脈に照射し、その反射光をPD素子で受光して電気信号に変換し、その電気信号に基づいて心拍数はもとより血管年齢、動脈硬化、酸素飽和度、血圧などを測定することができる。
しかしながら、例えばいわゆる血管年齢が推測できるような精緻でノイズの少ないきれいな電気信号の波形を得るためには、人間の動脈位置を考慮した最適位置に光電素子を装着する必要がある。
For example, in a pulse wave measuring device that measures a pulse wave using a photoelectric element composed of an LED (light emitting diode) element and a PD (photodiode) element, light emitted from the LED element is irradiated onto a human artery, and the reflected light is irradiated. Is received by a PD element and converted into an electrical signal, and based on the electrical signal, heart rate as well as blood vessel age, arteriosclerosis, oxygen saturation, blood pressure, and the like can be measured.
However, for example, in order to obtain a precise waveform of an electric signal that can be estimated as a so-called blood vessel age and that has less noise, it is necessary to mount the photoelectric element at an optimal position in consideration of the position of a human artery.
これに対して特許文献1の血圧計は、動脈に対して1cmから2cm程度光電素子位置ずれを生じても拍動成分は検出できる。しかしながら、精緻でノイズの少ないきれいな波形を得るために最適位置に光電素子を位置させることは難しく、よしんば装着時に最適位置が得られたとしても、時計バンドのような装着方法では装着時にずれたり、また、装着位置をずらすことなく片手操作で装着することは非常に困難である。一方、精緻でノイズの少ないきれいな波形を得るための最適な測定圧を得るにも手動であるため制御が困難である。
On the other hand, the sphygmomanometer of
また、特許文献2の超音波血流計は、血流信号を得る手段として、超音波を利用して血流信号に変換するプローブと加減圧ポンプを用いた空気袋を備えているが、血流信号の停止あるいは血流再開を検知し、空気袋圧波形から血圧を得るにとどまっている。
さらに特許文献3の血圧測定装置及び方法は、超音波で血流信号を測定するとともに光電素子で容積脈波を計測するものであり、超音波は血圧測定の一助として血流速度測定のために使用されており、固体差があり、かつ生体内に位置する動脈からの情報を光電素子と2元化することで血圧測定アルゴリズムの高精度化が困難と推測される。
Moreover, although the ultrasonic blood flow meter of
Furthermore, the blood pressure measurement device and method of Patent Document 3 measure blood flow signals with ultrasonic waves and measure volume pulse waves with photoelectric elements. Ultrasonic waves are used to measure blood flow velocity as an aid to blood pressure measurement. It is estimated that it is difficult to improve the accuracy of the blood pressure measurement algorithm by using information from arteries located in a living body and using information from a photoelectric element in a binary manner.
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、動脈と光電素子の最適相対位置で、より最適な容積脈波出力を得ることができるようにした脈波測定装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and provides a pulse wave measuring device capable of obtaining a more optimal volume pulse wave output at an optimal relative position between an artery and a photoelectric element. It is the purpose.
上記課題を解決するために、本発明の第1の技術手段は、所定間隔で配設された発光素子及び受光素子を有し、発光素子で発光され受光素子で受光された光を変換した電気信号に基づいて脈波を測定する脈波測定装置において、超音波を送受信し、受信した超音波を電気信号に変換して出力する超音波送受信子と、超音波送受信子から出力された電気信号を出力する出力手段とを有し、超音波送受信子により超音波を送受信するための送受信口を、発光素子と前記受光素子とを結ぶ第1軸の中間位置を通り該第1軸に直交する第2軸上に配置したことを特徴としたものである。 In order to solve the above-mentioned problem, a first technical means of the present invention includes a light emitting element and a light receiving element arranged at predetermined intervals, and converts the light emitted from the light emitting element and received by the light receiving element. In a pulse wave measuring device that measures a pulse wave based on a signal, an ultrasonic transmitter / receiver that transmits / receives an ultrasonic wave, converts the received ultrasonic wave into an electric signal and outputs the electric signal, and an electric signal output from the ultrasonic wave transmitter / receiver And a transmission / reception port for transmitting / receiving ultrasonic waves by the ultrasonic transmitter / receiver, passing through an intermediate position of the first axis connecting the light emitting element and the light receiving element, and orthogonal to the first axis It is characterized by being arranged on the second axis.
第2の技術手段は、第1の技術手段において、出力手段が、超音波送受信子から出力された電気信号を音声出力する音声出力手段であることを特徴としたものである。 According to a second technical means, in the first technical means, the output means is an audio output means for outputting an electric signal output from the ultrasonic transceiver.
本発明によれば、動脈と光電素子の最適相対位置で最適測定加圧を容易に行なうことが可能となり、より最適な容積脈波出力を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to easily perform the optimum measurement pressurization at the optimum relative position between the artery and the photoelectric element, and to obtain a more optimum volume pulse wave output.
図1は、本発明による脈波測定装置の一実施形態の外観斜視図である。本実施形態の脈波測定装置10の本体1は、超音波送受信機構作動スイッチ2、空気袋加圧機構起動スイッチ3、スピーカ4、空気袋5、面ファスナー帯6a,6b、及び排気弁7が備えられている。超音波送受信機構作動スイッチ2は、人間の手首の動脈位置に対する本体1の位置を最適化するめに用いる超音波の送受信子を動作させるために使用する。また、空気袋加圧機構起動スイッチ3は、脈波測定装置10の本体1を人間の手首に適正圧で装着するための空気袋5に空気を導入するための機構を動作させるために使用する。また、スピーカ4は、人間の生体内で反射して脈波測定装置10で受信された超音波を音声出力するためのものである。
FIG. 1 is an external perspective view of an embodiment of a pulse wave measuring device according to the present invention. The
面ファスナー帯6a,6bは、脈波測定装置10を人間の手首に装着するためのものである。面ファスナー帯6aには、本体1を手首に適正圧で装着するための空気袋5が備えられている。また、排気弁7は、空気袋5に充填されたエアを本体1の外部に排気するために用いる。これにより、空気袋5が手首を押しつける力が弱まり、脈波測定装置10を手首から外すことができる。
The hook-and-
図2は、図1に示す脈波測定装置の内部の構成を説明するための図で、脈波測定装置の上部の外壁を部分的に取り除いて内部を視認できるようにした状態を示すものである。
脈波測定装置10の本体1は、脈波測定装置10を人間の手首に装着したときに、人間の手首に接触する内側壁部1aを具備している。図2では、内側壁部1aの下側の面が人間の手首に接触することになる。この内側壁部1aには、PD素子孔9と、LED素子孔11が所定のピッチで穿たれていて、貫通孔を形成している。
FIG. 2 is a diagram for explaining the internal configuration of the pulse wave measuring device shown in FIG. 1 and shows a state in which the upper outer wall of the pulse wave measuring device is partially removed so that the inside can be seen. is there.
The
そして、本体1に内蔵されている回路基板(図示せず)に配設されたPD素子とLED素子(いずれも図示せず)が、本体1の内側から外部に向かってそれぞれPD素子孔9とLED素子孔11に挿通され、人間の手首の動脈脈波の容積変化を感知するようになっている。
Then, a PD element and an LED element (both not shown) disposed on a circuit board (not shown) built in the
また、超音波の送受信口8は、図示しない超音波送受信子から出力される超音波を本体1の外部向けて送信し、反射波を超音波送受信子で受信するための開口である。
PD素子孔9とLED素子孔11とを結ぶ軸をY軸(第1軸)とするとき、PD素子孔9とLED素子孔11間の中間位置を通りY軸に直交する軸をX軸(第2軸)とするとき、超音波の送受信口8は、X軸上でPD素子孔9とLED素子孔11の近傍に設けられている。つまり超音波の送受信口8は、LED素子とPD素子とに対して等距離となる位置に配置される。上記のY軸は、PD素子孔9の中心とLED素子孔11の中心とを結ぶ軸であるとして定義してもよい。このような位置関係をとることにより、人間の動脈と、光電素子(LED素子、PD素子)の最適相対位置で最適測定加圧を容易に行なうことが可能となり、より最適な容積脈波出力を得ることができる。この作用の詳細については後述する。
The ultrasonic transmission / reception port 8 is an opening for transmitting an ultrasonic wave output from an ultrasonic transmission / reception element (not shown) to the outside of the
When an axis connecting the PD element hole 9 and the
図3は、本発明の実施形態に係る脈波測定装置を人間の手首に装着した状態を示す図である。本実施形態の脈波測定装置10を人間の手首に装着する場合、脈波測定装置10の本体1を人間の手首20にあてがったあと、面ファスナー帯6a,6bを互いに重ね合わせ、脈波測定装置10の本体1を手首20の周方向及び長さ方向に動かすことができるように仮装着する。この後、超音波送受信子を起動し、後述する手法で最適な測定位置に本体1を位置させて、空気袋にエアを送り込んで脈波の測定を開始する。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which the pulse wave measuring device according to the embodiment of the present invention is worn on a human wrist. When the pulse
図4は、脈波測定装置の位置に応じたPD素子の出力(PD出力)の一例を示す図で、脈波測定装置10を人間の手首20に装着したとき、人間の手首の動脈の位置と、脈波測定装置10のPD素子及びLED素子の位置との関係に応じたPD出力の値が示されている。この例では、PD素子とLED素子との間の配設ピッチが7mmの場合と、9mmの場合とで、動脈位置に応じたPD出力が測定された。
図4に示すように、脈波測定装置10で検出されるPD出力の値は、PD素子とLED素子の配設ピッチが7mm,9mmもいずれにおいても、LED素子とPD素子との中央位置に動脈が位置している場合に最も大きい値を示す。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the output of the PD element (PD output) in accordance with the position of the pulse wave measuring device. When the pulse
As shown in FIG. 4, the value of the PD output detected by the pulse
図5は、LED素子とPD素子との中央位置に動脈がある場合の測定圧とPD出力値との関係を示す図である。測定圧は、脈波測定装置10の空気袋内の圧力として示すことができる。ここでは、LED電流が4mA,6mA,8mAの場合でPD出力の値を測定したが、いずれの場合にも測定圧が高いほど、脈波測定装置10のPD出力の値が大きくなる。PD出力の値が十分に大きければ最適な脈波を得ることができるが、手動で高い測定圧を得ようとすると脈波測定装置10の装着ずれを生じる可能性が高く、一方、装着時ずれを防ぐために緩く装着してしまうと適正なPD出力の値を得られないという結果となる。
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the measured pressure and the PD output value when an artery is present at the central position between the LED element and the PD element. The measured pressure can be shown as the pressure in the air bag of the pulse
脈波測定装置10を使用して脈波測定を行う場合、脈波測定装置10の使用者は、まず脈波測定装置10の本体1を人間(例えば自身)の手首20に仮装着する。仮装着は、上記図3で説明したように、脈波測定装置10の本体1を人間の手首20にあてがったあと、面ファスナー帯6a,6bを互いに重ね合わせ、脈波測定装置10の本体1を手首20の周方向及び長さ方向に動かすことができるように仮装着する。
When performing pulse wave measurement using the pulse
そして使用者は、脈波測定装置10の超音波送受信機構作動スイッチ2を操作して、本体1に内蔵されている超音波送受信機構を作動させる。超音波送受信機構の作動により超音波送受信子から超音波が出射して手首を照射し、その反射波が超音波受信子で受信される。脈波測定装置10では、血管内血流からの超音波の反射波を電気信号に変換し、音声信号化してスピーカ4から音声出力させる。これにより、使用者は、スピーカ4からの音声出力を聴感モニタしながら血管位置を探索することができる。
この場合、使用者は、聴感上、音声出力がもっとも大きく聞こえる位置で本体1の移動を停止する。これにより、本体1に配設されているLED素子とPD素子との間の略中央に人間の動脈を位置させることができる。
Then, the user operates the ultrasonic transmission / reception
In this case, the user stops the movement of the
使用者は、スピーカ4からの音声出力のモニタによって脈波測定装置10を手首20の最適位置に位置させた後、空気袋加圧機構起動スイッチ3を操作することで、本体1に内蔵されたエアポンプの駆動回路を起動させることができる。エアポンプの駆動回路を起動させることにより、エアポンプからのエアが本体1の面ファスナー帯6bに設けられた空気袋5に供給され、空気袋5が膨張する。これにより、本体1の内側壁部1aのPD素子孔9とLED素子孔11にそれぞれ挿通されたPD素子及びLED素子の表面と、手首20とが適正な測定圧で密着する。このときに、人間の手首20の動脈は、LED素子とPD素子との間の中央に位置しているので、最適なPD出力値を容積脈波形として得ることができる。
The user locates the pulse
図6は、本発明に係る脈波測定装置の構成例を説明するためのブロック図である。脈波測定装置10は、超音波送受信機構作動スイッチ(SW)2が操作されると、超音波送受信機構113が起動され、超音波送受信子114から超音波(例えば8MHz)が出力され、超音波の送受信口8(図3)から本体1の外部に向けて出射される。つまり本体1が手首20に仮装着された状態で、上記の超音波送受信機構作動スイッチ2を操作することにより、本体1の送受信口8から手首20の生体内に超音波が照射され続ける。
FIG. 6 is a block diagram for explaining a configuration example of the pulse wave measuring apparatus according to the present invention. In the pulse
そして使用者は、手首20の表面をなぞるように本体1を移動させる。このときに手首20の生体内に照射された超音波は動脈で反射し、その際に動脈流によりドップラー変調され、超音波送受信子114に入射する。超音波送受信子114は入射した超音波に応じた信号を出力し、超音波送受信機構113から第2出力装置制御部115に送られる。そして第2出力装置制御部115の制御によって、第2出力装置116から信号が出力される。本実施形態においては、第2出力装置116として、図1に示すスピーカ4を使用している。従って、生体内で反射した超音波に応じた音声出力が行われる。また使用者は、超音波送受信機構作動スイッチ2を再度操作することにより、超音波を停止させることができる。あるいは所定時間経過後に超音波を自動停止させるためにタイマー等を使用してもよい。
Then, the user moves the
使用者は、脈波測定装置10の本体1を手首20に仮装着した状態でスピーカ4から出力される血流音の音声出力を聴力モニタしながら、LED素子102とPD素子103との間の略中央に動脈が位置するように本体1をセットする。つまり、血流音の音声出力が最も大きくなる位置に本体1をセットする。ここで使用者が、空気袋加圧機構起動スイッチ3を操作すると、脈波測定装置10では、空気圧制御部106がエアポンプ108を起動させる。そして、本体1の内部のエア配管を経由して空気袋5(図1)にエアが充填される。
The user monitors the sound output of the blood flow sound output from the speaker 4 with the
空気袋5に対するエアの充填が行われると、本体1の内側壁部1aのPD素子孔9及びLED素子孔11にそれぞれ挿通されたPD素子103、LED素子102の表面と、手首20とが適正な測定圧で密着する。
When the air bag 5 is filled with air, the surface of the
脈波測定装置10の本体1には、圧力センサ107が内蔵されている。空気圧制御部106では、圧力センサ107による測定結果に基づいて、所定空気圧になるとエアポンプ108を停止させる制御を行う。これにより手首20に対する適正な測定圧を実現させることができる。
A
LEDドライバ制御部109は、LEDドライバ101によるLED素子102の点灯を制御する。たとえば、点灯デューティやLED電流などによって点灯制御を行うことができる。LED素子102の点灯のタイミングとして、圧力センサ107による測定結果が所定値になったときに点灯するようにしてもよい。
PD素子103は、手首内動脈で反射したLED素子102からの照射光を受け、電圧出力する。LED素子102からの照射光には、たとえば赤外光が用いられる。動脈は心臓の拍動に合せて容積を変化させ、PD素子103から出力される電圧波形はこの拍動に応じたものとなる。そしてPD素子103から出力された電圧波形をアンプ104で増幅し、フィルタ105にて所定のフィルタ処理を行った後、脈波演算部110で一次微分や二次微分することにより、例えば年齢や血管の硬さ等によりそれぞれ特徴付けられたデータを得ることができる。
The LED
The
第1出力装置制御部111は、脈波演算部110で演算したそれぞれのデータを第1出力装置112に出力する。第1出力装置としては、例えば本体1に内蔵されているカード式記憶媒体(図示せず)に対してデータを格納する装置や、データを表示させるディスプレイ(図示せず)などを用いることができる。
脈波測定装置10を手首20から外す場合には、使用者は、図1に示す排気弁7を操作して、空気袋5に充填されたエアを本体1の外部に排気する。これにより、空気袋が手首を押しつける力が弱まり、脈波測定装置10を手首から外すことができる。
The first output device control unit 111 outputs each data calculated by the pulse
When removing the pulse
本発明を利用することより、心拍数はもとより血管年齢、動脈硬化、酸素飽和度、血圧を測定可能な家庭用および医療用脈波観測計測機器の提供が可能となる。 By utilizing the present invention, it is possible to provide home and medical pulse wave observation and measurement devices capable of measuring blood vessel age, arteriosclerosis, oxygen saturation, and blood pressure as well as heart rate.
1…本体、1a…内側壁部、2…超音波送受信機構作動スイッチ、3…空気袋加圧機構起動スイッチ、4…スピーカ、5…空気袋、6a,6b…面ファスナー帯、7…排気弁、8…送受信口、9…PD素子孔、10…脈波測定装置、11…LED素子孔、20…手首、101…LEDドライバ、102…LED素子、103…PD素子、104…アンプ、105…フィルタ、106…空気圧制御部、107…圧力センサ、108…エアポンプ、109…LEDドライバ制御部、110…脈波演算部、111…第1出力装置制御部、112…第1出力装置、113…超音波送受信機構、114…超音波送受信子、115…第2出力装置制御部、116…第2出力装置。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
超音波を送受信し、受信した超音波を電気信号に変換して出力する超音波送受信子と、該超音波送受信子から出力された電気信号を出力する出力手段とを有し、
前記超音波送受信子により超音波を送受信するための送受信口を、前記発光素子と前記受光素子とを結ぶ第1軸の中間位置を通り該第1軸に直交する第2軸上に配置したことを特徴とする脈波測定装置。 In a pulse wave measuring device that has a light emitting element and a light receiving element arranged at a predetermined interval and measures a pulse wave based on an electric signal obtained by converting light emitted from the light emitting element and received by the light receiving element,
An ultrasonic transceiver that transmits and receives ultrasonic waves, converts the received ultrasonic waves into electrical signals and outputs the electrical signals, and an output unit that outputs electrical signals output from the ultrasonic transceivers;
A transmission / reception port for transmitting / receiving ultrasonic waves by the ultrasonic transmitter / receiver is disposed on a second axis that passes through an intermediate position of the first axis connecting the light emitting element and the light receiving element and is orthogonal to the first axis. A pulse wave measuring device characterized by the above.
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