CN106231995B - 脉搏波传播时间测量装置及生命体状态推定装置 - Google Patents
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Abstract
脉搏波传播时间测量装置(1)具备:具有第1发光元件(11)和第1受光元件(12)并检测第1光电脉搏波信号的第1光电脉搏波传感器(10);具有第2发光元件(21)和第2受光元件(22)并检测第2光电脉搏波信号的第2光电脉搏波传感器(20)。第1光电脉搏波传感器(10)及第2光电脉搏波传感器(20)配置在安装时与身体接触的一个接触面(1a)上。第2发光元件(21)和第2受光元件(22)的间隔设定为比第1发光元件(11)和第1受光元件(12)的间隔要短,第2光电脉搏波传感器(20)检测与毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号,第1光电脉搏波传感器(10)检测与处于比毛细血管要深的位置且比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
Description
技术领域
本发明涉及测量脉搏波传播时间的脉搏波传播时间测量装置及采用该脉搏波传播时间测量装置的生命体状态推定装置。
背景技术
以外已知有测量与脉搏波在生命体动脉内传播的速度、时间等关联的信息即脉搏波传播速度(或时间)的脉搏波传播速度测量装置。该脉搏波传播速度是与脉搏波在生命体的2个部位间传播的速度关联的信息,因此,为了测量脉搏波传播速度(或时间),必须在生命体安装2个传感器,以便测量两处的心电波形(心电图)、动脉脉搏波等生命体信号。
这里,专利文献1公开了可测定中枢侧脉搏波传播速度及末梢侧脉搏波传播速度的脉搏波传播速度测定装置。该脉搏波传播速度测定装置在向手腕按压的按压面具备从表皮上向桡动脉按压并检测桡动脉脉搏波的半导体感压元件和向桡动脉按压的压电片,同时还具备在指尖安装以检测末梢脉搏波的探头。而且,在电话机主体部具备:从由压电片输出的信号抽出心音的心音抽出单元;根据该抽出的心音和桡动脉脉搏波算出从心脏到手腕为止的脉搏波传播速度(中枢侧脉搏波传播速度)的中枢侧脉搏波传播速度算出单元;根据桡动脉脉搏波和末梢脉搏波算出从手腕到指尖为止的脉搏波传播速度(末梢侧脉搏波传播速度)的末梢侧脉搏波传播速度算出单元。
根据该脉搏波传播速度测定装置,探头安装到指尖的表皮后,使生命体信号传感器单元的按压面被按压到手腕以使得设于按压面的感压元件按压桡动脉并且设于按压面的压电片按压桡骨的状态下,由感压元件检测桡动脉脉搏波,由压电片检测包含心音的振动,由探头检测末梢脉搏波。从而,同时测定桡动脉脉搏波、心音及末梢脉搏波。然后,从心音和桡动脉脉搏波算出中枢侧脉搏波传播速度,从桡动脉脉搏波和末梢脉搏波算出末梢侧脉搏波传播速度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开2004-321253号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
如上所述,为了用专利文献1记载的脉搏波传播速度测定装置测定脉搏波传播速度,首先,在指尖安装探头的主体部,并且将该探头的输入端子插入电话机主体部的连接器。然后,必须在以一只手(例如右手)触摸第2电极的方式手持便携电话机的状态下,向另一只手(例如左手)的手腕按压便携听筒,以使第1按压面从表皮上按压桡动脉,并同时使第2按压面从表皮上按压桡骨。
因此,该脉搏波传播速度测定装置中,必须用两手测量脉搏波传播速度,因此在活动中(例如日常生活中)难以连续测量。另外,如上所述装置的安装复杂,实用性不佳。
本发明为了解决上述问题而提出,目的是提供可以更简易地安装到身体且即使活动中也可以连续测量脉搏波传播时间的脉搏波传播时间测量装置及采用该脉搏波传播时间测量装置的生命体状态推定装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:第1光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第1受光元件,检测第1光电脉搏波信号;第2光电脉搏波传感器,其具有第2发光元件和第2受光元件,检测第2光电脉搏波信号;峰值检测单元,其检测由第1光电脉搏波传感器检测出的第1光电脉搏波信号及由第2光电脉搏波传感器检测出的第2光电脉搏波信号各自的峰值;以及脉搏波传播时间运算单元,其根据由峰值检测单元检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值的时间差,求出脉搏波传播时间,第1光电脉搏波传感器及第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,第2光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号,第1光电脉搏波传感器检测与比毛细血管粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
根据本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置,第1光电脉搏波传感器及第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面。因此,仅仅以该接触面与身体(例如手腕等)接触的方式安装,就可以检测与毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号和与比毛细血管粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。从而,可以更简易地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,第2发光元件和第2受光元件的间隔比第1发光元件和第1受光元件的间隔短。
在该情况下,第2发光元件和第2受光元件的间隔设定为比第1发光元件和第1受光元件的间隔要短,因此,通过第2光电脉搏波传感器,可以检测与处于离表皮较近的位置(即浅位置)处的毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号。另一方面,通过第1光电脉搏波传感器,可以检测出与处于离表皮较远的位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,第1发光元件输出波长为800~1000nm的光,第2发光元件输出波长为450~580nm的光。
但是,波长为450~580nm的蓝色~黄绿色的光在生命体中的吸收较强,因此,光电脉搏波信号的输出虽然变大,但是无法获得较长的光路长。相对地,波长为800~1000nm的近红外光在生命体中的吸收不强,因此光电脉搏波信号的输出虽然变小,但是可以获得较长的光路长。因此,由此,与使用同一波长的光源作为第1发光元件及第2发光元件的情况比较,可以进一步提高S/N。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:第1光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第1受光元件,检测第1光电脉搏波信号;第2光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第2受光元件,检测第2光电脉搏波信号;峰值检测单元,其检测由第1光电脉搏波传感器所检测到的第1光电脉搏波信号及由第2光电脉搏波传感器所检测到的第2光电脉搏波信号各自的峰值;以及脉搏波传播时间运算单元,其根据由峰值检测单元所检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值之间的时间差,求出脉搏波传播时间,第1光电脉搏波传感器及第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,第2光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号,第1光电脉搏波传感器检测与比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
根据本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置,第1光电脉搏波传感器及第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面。因此,仅仅以该接触面与身体(例如手腕等)接触的方式安装,就可以检测与毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号和与比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。因此,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。另外,该情况下,通过共用发光元件,也可以实现装置的小型轻量化、低成本化等。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,第1发光元件和第2受光元件的间隔比第1发光元件和第1受光元件的间隔短。
在该情况下,第1发光元件和第2受光元件的间隔设定为比第1发光元件和第1受光元件的间隔短,因此,通过第2光电脉搏波传感器,可以检测与处于离表皮较近的位置(即浅位置)处的毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号。另一方面,通过第1光电脉搏波传感器,可以检测与处于离表皮较远的位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:第1光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第1受光元件,检测第1光电脉搏波信号;第2光电脉搏波传感器,其具有第2发光元件和第1受光元件,检测第2光电脉搏波信号;峰值检测单元,其检测由第1光电脉搏波传感器所检测出的第1光电脉搏波信号及由第2光电脉搏波传感器所检测出的第2光电脉搏波信号各自的峰值;以及脉搏波传播时间运算单元,其根据由峰值检测单元所检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值之间的时间差,求出脉搏波传播时间,第1光电脉搏波传感器及第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,第2光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号,第1光电脉搏波传感器检测与比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
根据本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置,第1光电脉搏波传感器及第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面。因此,仅仅以该接触面与身体(例如手腕等)接触的方式安装,就可以检测与毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号、和与比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。因此,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。另外,该情况下,通过共用受光元件,可以实现装置的小型轻量化、低成本化等。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,第2发光元件和第1受光元件的间隔比第1发光元件和第1受光元件的间隔要短。
在该情况下,第2发光元件和第1受光元件的间隔设定为比第1发光元件和第1受光元件的间隔短,因此,通过第2光电脉搏波传感器,可以检测与处于离表皮较近的位置(即浅位置)处的毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号。另一方面,通过第1光电脉搏波传感器,可以检测与处于离表皮较远的位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,第1发光元件输出波长为800~1000nm的光,第2发光元件输出波长为450~580nm的光。
这样,与使用同一波长的光源作为第1发光元件及第2发光元件的情况比较,可以进一步提高S/N。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,峰值检测单元在第1光电脉搏波信号的振幅为规定值以下的情况下,判定为出错。
但是,对于处于离表皮较远的位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉进行的光电脉搏波信号检测,其对检测位置的依赖性强,若检测位置从适于检测的位置偏移,则可能无法恰当地检测光电脉搏波信号。在该情况下,通过在第1光电脉搏波信号的振幅为规定值以下的情况下判定为出错,可以识别出检测位置的偏移,因此,可以防止在检测位置保持偏移的状态下进行测量。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,第1光电脉搏波传感器的位置可以改变。
这样,不必从身体取下装置就可以调节第1光电脉搏波传感器的检测位置。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,第1光电脉搏波传感器及第2光电脉搏波传感器配置在安装时与手腕接触的一个接触面,第1光电脉搏波传感器检测与桡动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
但是,即使属于粗的动脉,桡动脉也处于离表皮较浅的位置。因此,在该情况下,可以稳定地测量第1光电脉搏波信号。另外,由于在手腕安装装置,因此可以减小使用者对安装装置的抵制(resistance),可以长时间佩戴而不会感到不适。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,安装时,第1光电脉搏波传感器以与桡动脉上的表皮接触的方式配置在接触面上。
这样,即使在使用者无法准确识别桡动脉的位置的情况下,也可以容易地对第1光电脉搏波传感器进行定位。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,在上述接触面内配设第1光电脉搏波传感器的区域与未配设该第1光电脉搏波传感器的区域相比,形成为安装时向手腕侧呈凸状地突出。
但是,桡动脉与毛细血管相比,处于离表皮较深的位置。在该情况下,配设第1光电脉搏波传感器的区域形成为向手腕侧呈凸状地突出,因此,向手腕侧按压该第1光电脉搏波传感器,可以更稳定地测量第1光电脉搏波信号。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:光电脉搏波传感器,其具有发光元件和受光元件,检测光电脉搏波信号;压电脉搏波传感器,其具有压电元件,检测压电脉搏波信号;峰值检测单元,其检测由光电脉搏波传感器所检测出的光电脉搏波信号及由压电脉搏波传感器所检测出的压电脉搏波信号各自的峰值;以及脉搏波传播时间运算单元,其根据由峰值检测单元所检测出的光电脉搏波信号的峰值和压电脉搏波信号的峰值之间的时间差,求出脉搏波传播时间,光电脉搏波传感器及所述压电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的光电脉搏波信号,压电脉搏波传感器检测与比毛细血管要粗的动脉的血流相应的压电脉搏波信号。
根据本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置,光电脉搏波传感器及压电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面。因此,仅仅以该接触面与身体(例如手腕等)接触的方式安装,就可以检测与毛细血管的血流相应的光电脉搏波信号和与比毛细血管要粗的动脉的血流(搏动)相应的压电脉搏波信号。从而,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,峰值检测单元在压电脉搏波信号的振幅为规定值以下的情况下,判定为出错。
如上所述,对于处于离表皮较远的位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉进行的压电脉搏波信号检测,其对检测位置的依赖性强,若检测位置从适于检测的位置偏移,则可能无法恰当地检测出压电脉搏波信号。在该情况下,通过在压电脉搏波信号的振幅为规定值以下的情况下判定为出错,可以防止在检测位置保持偏移的状态下进行测量。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,压电脉搏波传感器的位置可以改变。
这样,不必从身体取下装置就可以调节压电脉搏波传感器的检测位置。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,光电脉搏波传感器及压电脉搏波传感器配置在安装时与手腕接触的一个接触面,压电脉搏波传感器检测与桡动脉的血流相应的压电脉搏波信号。
如上所述,即使属于粗的动脉,桡动脉也处于离表皮较浅的位置。因此,在该情况下,可以稳定地测量压电脉搏波信号。另外,由于在手腕安装装置,因此可以减小使用者对安装装置的抵制,可以长时间佩戴,而不会感到不适。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,安装时,压电脉搏波传感器以与桡动脉上的表皮接触的方式配置在接触面上。
这样,即使在使用者无法准确识别桡动脉的位置的情况下,也可以容易地对压电脉搏波传感器进行定位。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,在上述接触面内,配设压电脉搏波传感器的区域与未配设该压电脉搏波传感器的区域相比,形成为安装时向手腕侧呈凸状地突出。
如上所述,桡动脉与毛细血管比,处于离表皮较深的位置。在该情况下,配设压电脉搏波传感器的区域形成为向手腕侧呈凸状突出,因此,向手腕侧按压该压电脉搏波传感器,可以更稳定地测量压电脉搏波信号。
本发明所涉及的脉搏波传播时间测量装置中,优选的是,脉搏波传播时间运算单元在所求出的脉搏波传播时间为规定值以下的情况下,判定为噪音。
这样,可以简单且准确地判别与脉搏波信号重叠的例如由身体运动造成的噪音。
本发明所涉及的生命体状态推定装置,其特征在于,具备:上述任一脉搏波传播时间测量装置;取得脉搏间隔的变化率的脉搏间隔变化率取得单元;以及脉搏节律异常判定单元,根据脉搏间隔变化率取得单元取得的脉搏间隔的变化率的偏差,判定脉搏节律异常。
根据本发明所涉及的生命体状态推定装置,可以简单且准确地判定心律不齐等导致的脉搏节律异常。特别地,在该情况下,由于具备上述任一脉搏波传播时间测量装置,因此,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续检测脉搏节律异常。另外,通过采用脉搏间隔的变化率偏差,可以区分出呼吸性变动那样的周期性脉搏间隔变动。而且,通过与上述噪音判定组合,可以减少身体运动噪音等误判定,因此可以更高精度地判定脉搏节律异常。
本发明所涉及的生命体状态推定装置,其特征在于,具备:上述任一脉搏波传播时间测量装置;以及睡眠状态判定单元,其在由脉搏波传播时间运算单元求出的脉搏波传播时间为规定阈值以下的情况下,判定为未达到适于睡眠的状态。
根据本发明所涉及的生命体状态推定装置,在该脉搏波传播时间为规定阈值以下的情况下,判定为未达到适于睡眠的状态。从而,可以判定使用者的身体状态是否为适于睡眠的状态。特别地,在该情况下,由于具备上述任一脉搏波传播时间测量装置,因此,可以更简单地安装到身体。
另外,本发明所涉及的生命体状态推定装置,其特征在于,还具备:前腕部加温单元,其在由睡眠状态判定单元判定未达到适于睡眠的状态的情况下,提高前腕部的温度。
但是,在手指冷且末梢血管收缩的状态下,难以顺利睡眠(入眠),并难以获得深睡眠。这里,根据本发明所涉及的生命体状态推定装置,在使用者的身体状态为未达到适于睡眠的状态的情况下,提高使用者的前腕部的温度。因此,不会提高躯干部的温度,仅仅加热前腕部。从而,使得前腕部变热,成为手指尖末梢的血管扩张的状态,同时成为躯干部的温度较低的状态,即适于睡眠的状态。结果,可以顺利睡眠(入眠),并可以获得深睡眠。
本发明所涉及的生命体状态推定装置,其特征在于,具备:上述任一脉搏波传播时间测量装置;相关信息存储单元,其存储根据脉搏波传播时间和自主神经功能之间的关系而预定的自主神经功能相关信息;以及生命体状态推定单元,其根据由脉搏波传播时间运算单元求出的脉搏波传播时间及在相关信息存储单元存储的自主神经功能相关信息,推定使用者的自主神经功能。
根据本发明所涉及的生命体状态推定装置,由于存储根据脉搏波传播时间和自主神经功能之间的关系而预定的自主神经功能相关信息,因此通过测量使用者的脉搏波传播时间,可以以脉搏波传播时间为指标,推定并评价作为生命体状态的自主神经功能。特别地,由于测量较粗的动脉及毛细血管各自的脉搏波的峰值的时间差,因此,可以较强地反应出毛细血管的影响,可以推定与血管收缩、扩张相关的自主神经活动、手冷/血液循环状态。另外,该情况下,由于具备上述任一脉搏波传播时间测量装置,因此,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续推定并评价自主神经功能。
发明效果
根据本发明,可以更简易地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。
附图说明
图1是表示采用实施方式所涉及的脉搏波传播时间测量装置的生命体状态推定装置的结构的框图。
图2是表示采用实施方式所涉及的脉搏波传播时间测量装置的手表型的生命体状态推定装置的外观的示图。
图3是表示光路长和成为光电脉搏波信号的检测对象的动脉之间的关系的示图。
图4是表示桡动脉上的光电脉搏波测量部位的示图。
图5是表示在桡动脉及毛细血管处测量到的光电脉搏波(加速度脉搏波)的测量结果的一例的示图。
图6是表示实施方式所涉及的生命体状态推定装置执行的生命体状态(自主神经功能)推定处理的处理步骤的流程图。
图7是表示实施方式所涉及的生命体状态推定装置执行的睡眠辅助处理的处理步骤的流程图。
图8是表示采用第1变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置的生命体状态推定装置的结构的框图。
图9是表示采用第2变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置的生命体状态推定装置的结构的框图。
图10是表示采用第3变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置的生命体状态推定装置的结构的框图。
具体实施方式
以下,参照图面详细说明本发明的优选实施方式。另外,图中,同一或相当部分采用同一符号。另外,各图中,同一要素附上同一符号,省略重复说明。
首先,并用图1、图2,说明采用实施方式所涉及的脉搏波传播时间测量装置1的生命体状态推定装置3的结构。图1是表示采用脉搏波传播时间测量装置1的生命体状态推定装置3的结构的框图。另外,图2是表示采用脉搏波传播时间测量装置1的手表型的生命体状态推定装置3的外观的示图。
生命体状态推定装置3具备脉搏波传播时间测量装置1,其检测第1光电脉搏波信号及第2光电脉搏波信号,根据所检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值的时间差,测量出脉搏波传播时间。然后,生命体状态推定装置3基于所测量出的脉搏波传播时间,推定使用者的生命体状态(例如,脉搏节律异常(心律不齐)、自主神经功能、睡眠状态等)。
因此,生命体状态推定装置3主要具备:用于检测第1光电脉搏波信号的第1光电脉搏波传感器10;用于检测第2光电脉搏波信号的第2光电脉搏波传感器20;根据所检测出的第1光电脉搏波信号及第2光电脉搏波信号来测量脉搏波传播时间等并推定生命体状态的信号处理单元30。即,信号处理单元30由脉搏波传播时间测量装置1及生命体状态推定装置3共用。以下,详细说明各构成要素。
第1光电脉搏波传感器10是利用血中血红蛋白的吸光特性,对第1光电脉搏波信号进行光学检测的传感器。因此,第1光电脉搏波传感器10包含第1发光元件11和第1受光元件12。
同样,第2光电脉搏波传感器20是利用血中血红蛋白的吸光特性,对第2光电脉搏波信号进行光学检测的传感器。因此,第2光电脉搏波传感器20包含第2发光元件21和第2受光元件22。
第1发光元件11响应从信号处理单元30的驱动部381输出的脉冲状的驱动信号而发光。第1发光元件11例如可以采用LED、VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLASER:垂直腔面发射激光器)或谐振器型LED(resonant-type LED)等。另外,驱动部381生成并输出驱动第1发光元件11的脉冲状的驱动信号。
第1受光元件12输出与从第1发光元件11照射出并透过例如手腕等人体而入射的光的强度相应的检测信号。第1受光元件12例如优选采用光电二极管、光电晶体管等。本实施方式中,第1受光元件12采用光电二极管。第1受光元件12与信号处理单元30连接,由第1受光元件12获得的检测信号(第1光电脉搏波信号)向信号处理单元30输出。
同样,第2发光元件21响应从信号处理单元30的驱动部382输出的脉冲状的驱动信号而发光。第2发光元件21例如可以采用LED、VCSEL或谐振器型LED等。另外,驱动部382生成并输出驱动第2发光元件21的脉冲状的驱动信号。
第2受光元件22输出与从第2发光元件21照射并透过例如手腕等的人体而入射的光的强度相应的检测信号。第2受光元件22例如优选采用光电二极管、光电晶体管等。本实施方式中,第2受光元件22采用光电二极管。第2受光元件22与信号处理单元30连接,由第2受光元件22获得的检测信号(第2光电脉搏波信号)向信号处理单元30输出。
这里,第1发光元件11优选输出波长为800~1000nm的近红外光。另外,本实施方式中,采用输出波长为850nm的近红外光的元件。另一方面,第2发光元件21优选输出波长为450~580nm的蓝色~黄绿色的光。另外,本实施方式中,采用输出波长为525nm的绿色光的元件。另外,第2发光元件21和第2受光元件22的间隔设定成比第1发光元件11和第1受光元件12的间隔要短。
这里,蓝~黄绿色的光在生命体中的吸收大,因此所获得的光电脉搏波信号也大,但是,在生命体中立刻衰减,因此无法延长光路长。另一方面,近红外光在生命体中的吸收不大,因此所获得的光电脉搏波信号不大,但是可以延长光路长。因此,可以用相同波长的光来测量第1光电脉搏波信号和第2光电脉搏波信号,但是,优选在光路长较长的第1光电脉搏波传感器10采用近红外光,在光路长较短的第2光电脉搏波传感器20采用蓝~黄绿色的光。
另外,作为分离第1光电脉搏波信号和第2光电脉搏波信号的方法,例如,可以适当采用基于时间分割的方法(使检测光呈脉冲状地发光,并使该发光定时错开的方法)、基于波长分割的方法(在受光元件的跟前配置与各波长对应的波长滤波器的方法)、基于空间分割的方法(以各检测光相互不干涉的方式间隔配置的方法)等。
通过如上所述构成,如图3所示,光路长较短的第2光电脉搏波传感器20检测与处于离表皮比较近的位置(即浅位置)的毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号。另一方面,光路长较长的第1光电脉搏波传感器10检测与处于离表皮比较远的位置(即深位置)且比毛细血管粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。另外,图3是表示光路长(发光元件11、12和受光元件21、22的配置)和作为光电脉搏波信号的检测对象的动脉的关系的示图。
这里,第1光电脉搏波传感器10优选安装于在离表皮比较近的位置具有较粗动脉的部位,例如,具有桡动脉的手腕、具有颈动脉的颈部、具有肱动脉的肘部、具有颞浅动脉的颞颥等。以下,本实施方式中,以生命体状态推定装置3(脉搏波传播时间测量装置1)安装到手腕的情况为例进行说明。
这里,手表型的生命体状态推定装置3(脉搏波传播时间测量装置1)的外观如图2所示。该手表型的生命体状态推定装置3(脉搏波传播时间测量装置1)具备主体部200、在该主体部200安装的表带210以及可移动地安装到该表带210的脉搏波传感部100。
在主体部200中,在内部收纳信号处理单元30、电池等,并且在背面(安装时与手腕接触的面)配设第2光电脉搏波传感器20。另外,在主体部200的外表面安装显示部50。另外,第2光电脉搏波传感器20也可以配设在脉搏波传感部100。
在脉搏波传感部100的内面侧配设第1光电脉搏波传感器10。即,第1光电脉搏波传感器10及第2光电脉搏波传感器20配置在安装时与手腕接触的一个接触面1a,即主体部200及表带210的内侧面。从而,使用者将该手表型的生命体状态推定装置3(脉搏波传播时间测量装置1)安装到一只手(例如左手)的手腕后,第1光电脉搏波传感器10和第2光电脉搏波传感器20与使用者的手腕接触,从而测量脉搏波传播时间、获取生命体信息。
在脉搏波传感部100形成用于供表带210穿过的横向的表带通孔110。表带210通过穿过该表带通孔110,脉搏波传感部100可移动地安装到表带210。即,脉搏波传感部100(第1光电脉搏波传感器10)形成为可动式,构成为可改变(调节)其位置。脉搏波传感部100与电缆120连接,该电缆120与连接器130连接。然后,连接器130通过插入主体部200(与主体部200连接),脉搏波传感部100(第1光电脉搏波传感器10)与主体部200(信号处理单元30)连接。
脉搏波传感部100的内面侧(相当于权利要求记载的接触面1a内配设第1光电脉搏波传感器10的区域)沿表带210形成为圆弧状。即,脉搏波传感部100的内表面形成为与表带210的内周面及主体部200的背面(相当于权利要求记载的未配设第1光电脉搏波传感器10的区域)相比,安装时更向手腕侧呈平滑的凸状地突出。另外,该凸部与皮肤接触的处所用无角部的曲面构成,使得不会因为应力集中导致使用者感觉疼痛或者在皮肤残留压痕。
通过如上所述构成,第1光电脉搏波传感器10在安装时配置(调节)为与图4所示的桡动脉上的表皮接触。然后,第1光电脉搏波传感器10检测与桡动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。另一方面,第2光电脉搏波传感器20检测与手腕的毛细血管的血流相应的光电脉搏波信号。
更详细地说,为光路长较短的第2光电脉搏波传感器20的情况下,光电脉搏波信号几乎不包含较粗的桡动脉的信息而大量包含毛细血管的信息。另一方面,为光路长较长的第1光电脉搏波传感器10的情况下,光电脉搏波既包含较粗的桡动脉的信息也包含毛细血管的信息,但是,通常较粗的桡动脉的信号比毛细血管要大,因此,为光路长较长的情况下,较粗的桡动脉的信息较占优势。这里,从心脏送出的脉搏波经过大动脉,分支到桡动脉,再进一步分支并到达毛细血管,因此,其分别到达毛细血管为止的时间存在时间差。因此,通过在桡动脉及其末梢的毛细血管测量光电脉搏波,可以在大致相同部位测量脉搏波传播时间。
如上所述,第1光电脉搏波传感器10及第2光电脉搏波传感器20分别与信号处理单元30连接,所检测到的第1光电脉搏波信号及第2光电脉搏波信号被输入信号处理单元30。另外,以下,也将第1光电脉搏波信号和第2光电脉搏波信号总简称为光电脉搏波信号。
信号处理单元30处理所输入的第1光电脉搏波信号、第2光电脉搏波信号,测量脉搏数、脉搏间隔等。而且,信号处理单元30根据所检测到的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值之间的时间差测量出脉搏波传播时间。另外,此时,信号处理单元30修正后述的第1信号处理部310、第2信号处理部320中的峰值偏差(迟延),高精度地测量脉搏波传播时间。
然后,信号处理单元30根据所测量出的脉搏波传播时间及确定脉搏波传播时间和生命体状态之间的关系的相关信息,来推定使用者的自主神经功能。另外,信号处理单元30根据所取得的脉搏间隔的变化率的偏差,判定脉搏节律异常。而且,信号处理单元30根据测量出的脉搏波传播时间,判定使用者的身体状态是否为适于睡眠的状态,并且在判定使用者的身体状态为未达到适于睡眠的状态的情况下,令使用者的身体状态达到适于睡眠的状态。
因此,信号处理单元30具备放大部311、321、第1信号处理部310、第2信号处理部320、峰值检测部316、326、峰值修正部318、328及脉搏波传播时间测量部330、脉搏波传播时间存储部340、相关信息存储部341及生命体状态推定部350等。另外,上述第1信号处理部310具有模拟滤波器312、A/D转换器313、数字滤波器314、二阶微分处理部315。另一方面,第2信号处理部320具有模拟滤波器322、A/D转换器323、数字滤波器324、二阶微分处理部325。
这里,在上述的各部分内,数字滤波器314、324、二阶微分处理部315、325、峰值检测部316、326、峰值修正部318、328、脉搏波传播时间测量部330、脉搏波传播时间存储部340、相关信息存储部341及生命体状态推定部350由执行运算处理的CPU、对用于使该CPU执行各处理的程序、数据进行存储的ROM、及暂时存储运算结果等各种数据的RAM等构成。即,通过由CPU执行ROM所存储的程序,来实现上述各部分的功能。
放大部311例如由采用运算放大器等的放大器构成,放大第1光电脉搏波传感器10所检测到的第1光电脉搏波信号。由放大部311放大的第1光电脉搏波信号向第1信号处理部310输出。同样,放大部321例如由采用运算放大器等的放大器构成,放大第2光电脉搏波传感器20所检测到的第2光电脉搏波信号。由放大部321放大的第2光电脉搏波信号向第2信号处理部320输出。
第1信号处理部310如上所述,具有模拟滤波器312、A/D转换器313、数字滤波器314、二阶微分处理部315,通过对由放大部311放大的第1光电脉搏波信号实施滤波处理及二阶微分处理来提取出搏动分量。
另外,第2信号处理部320如上所述,具有模拟滤波器322、A/D转换器323、数字滤波器324、二阶微分处理部325,通过对由放大部321放大的第2光电脉搏波信号实施滤波处理及二阶微分处理来提取出搏动分量。
模拟滤波器312、322及数字滤波器314、324执行用于除去表征光电脉搏波信号的频率以外的分量(噪音)以提高S/N的滤波。更详细地说,一般,光电脉搏波信号的0.1~几十赫兹附近的频率分量占主导地位,因此,通过采用低通滤波器、带通滤波器等模拟滤波器及数字滤波器实施滤波处理,仅仅选择性使上述频率范围的信号通过来提高S/N。
另外,仅仅以提取搏动分量为目的的情况下,为了提高抗噪音特性,也可以进一步缩窄带通范围,阻断搏动分量以外的分量。另外,模拟滤波器312、322和数字滤波器314、324不必同时具备,也可以是仅仅设有模拟滤波器312、322和数字滤波器314、324中的一方的结构。另外,由模拟滤波器312、数字滤波器314实施滤波处理后的第1光电脉搏波信号向二阶微分处理部315输出。同样,由模拟滤波器322、数字滤波器324实施滤波处理后的光电脉搏波信号向二阶微分处理部325输出。
二阶微分处理部315通过对第1光电脉搏波信号执行二阶微分,来取得第1二阶微分脉搏波(加速度脉搏波)信号。所取得的第1加速度脉搏波信号向峰值检测部316输出。另外,光电脉搏波的峰值的变化有可能不明确而难以检测,因此,优选为变换加速度脉搏波来进行峰值检测,但是,未必一定要设置二阶微分处理部315,也可以将其省略。
同样,二阶微分处理部325通过对第2光电脉搏波信号执行二阶微分,从而取得第2二阶微分脉搏波(加速度脉搏波)信号。取得的第2加速度脉搏波信号向峰值检测部326输出。另外,未必一定要设置二阶微分处理部325,也可以将其省略。
峰值检测部316检测由第1信号处理部310实施滤波处理后的第1光电脉搏波信号(加速度脉搏波)的峰值。另外,峰值检测部316在第1光电脉搏波信号(或加速度脉搏波)的振幅为规定值以下的情况下,判定为出错。另外,判定为出错的情况下,优选移动(调节)脉搏波传感部100(第1光电脉搏波传感器10)的位置,以解除出错。
另一方面,峰值检测部326检测由第2信号处理部320实施滤波处理后的第2光电脉搏波信号(加速度脉搏波)的峰值。即,峰值检测部316、326起到权利要求所记载的峰值检测单元的功能。另外,峰值检测部316及峰值检测部326分别对所检测到的全部峰值,在RAM等中保存峰值时间、峰值振幅等信息。
峰值修正部318求出第1信号处理部310(模拟滤波器312、数字滤波器314、二阶微分处理部315)中的第1光电脉搏波信号的迟延时间。峰值修正部318基于所求出的第1光电脉搏波信号的迟延时间,修正由峰值检测部316检测出的第1光电脉搏波信号(加速度脉搏波信号)的峰值。同样,峰值修正部328求出第2信号处理部320(模拟滤波器322、数字滤波器324、二阶微分处理部325)中的第2光电脉搏波信号的迟延时间。峰值修正部328根据所求出的第2光电脉搏波信号的迟延时间,修正由峰值检测部326检测出的第2光电脉搏波信号(加速度脉搏波信号)的峰值。修正后的第1光电脉搏波信号(加速度脉搏波)的峰值及修正后的第2光电脉搏波信号(加速度脉搏波)的峰值向脉搏波传播时间测量部330输出。另外,在第1光电脉搏波信号(加速度脉搏波信号)和第2光电脉搏波信号(加速度脉搏波信号)的迟延时间可视为大致相同的情况下,未必一定要设置峰值修正部318、328,也可以将其省略。
脉搏波传播时间测量部330根据由峰值修正部318修正的第1光电脉搏波信号(加速度脉搏波)的峰值和由峰值修正部328修正的第2光电脉搏波信号(加速度脉搏波)的峰值之间的间隔(时间差)求出脉搏波传播时间。即,脉搏波传播时间测量部330起到权利要求记载的脉搏波传播时间运算单元的功能。
这里,根据第1光电脉搏波信号(加速度脉搏波信号)的峰值和第2光电脉搏波信号(加速度脉搏波信号)的峰值之间的间隔求出的脉搏波传播时间如图5所示。另外,图5中,第1光电脉搏波信号(加速度脉搏波信号)的波形用实线表示,并且第2光电脉搏波信号(加速度脉搏波信号)用虚线表示。如图5所示,根据在桡动脉和毛细血管(这里是手腕内侧中央(参照图4))的两处检测出的光电脉搏波信号求出的加速度脉搏波的a波峰值的时间差(脉搏波传播时间)为0.01~0.04秒左右。另外,脉搏波传播时间测量部330在所求出的脉搏波传播时间为规定值(例如0.01秒)以下的情况下,判定所检测到的光电脉搏波信号为噪音。
脉搏波传播时间测量部330除了脉搏波传播时间,例如还根据光电脉搏波信号(加速度脉搏波)算出脉搏数、脉搏间隔、脉搏间隔变化率等。所计算出的脉搏波传播时间、脉搏数、脉搏间隔、光电脉搏波及加速度脉搏波等测量数据向脉搏波传播时间存储部340、生命体状态推定部350、显示部50输出。
脉搏波传播时间存储部340例如由上述的备份RAM等构成,将由脉搏波传播时间测量部330算出的脉搏波传播时间等测量数据与测量日期时间等信息一并存储。
相关信息存储部341例如由上述ROM等构成,存储根据脉搏波传播时间和生命体状态之间的关系而预定的相关信息。即,相关信息存储部341与权利要求记载的相关信息存储单元相当。更具体地说,相关信息存储部341存储根据脉搏波传播时间和自主神经功能之间的关系而预定的自主神经功能表(与自主神经功能相关信息相当)。另外,此时,相关信息存储部341优选采用按年龄和/或按性别来存储表示脉搏波传播时间和生命体信息(自主神经功能)之间的关系的相关信息(自主神经功能表)的结构。
但是,血管的扩张收缩由自主神经尤其是交感神经控制。因此,与血管的扩张收缩有密切关系的脉搏波传播时间、和表示交感神经系统/副交感神经系统的平衡的自主神经功能具有相关关系。因而,根据自主神经功能和同时刻测量的脉搏波传播时间的测量结果,预先制作确定脉搏波传播时间和自主神经功能之间的关系的关系式或自主神经功能表,在相关信息存储部341进行存储。另外,也可以采用不仅脉搏波传播时间还添加通过脉搏间隔的频率解析算出的LF/HF来确定与自主神经功能的关系的相关式或自主神经功能表。
生命体状态推定部350根据由脉搏波传播时间测量部330求出的脉搏波传播时间及在相关信息存储部341中存储的相关信息,推定使用者的生命体状态。即,生命体状态推定部350起到权利要求记载的生命体状态推定单元的功能。
更具体地说,生命体状态推定部350根据脉搏波传播时间及自主神经功能表(自主神经功能相关信息),推定使用者的自主神经功能。这里,如上所述,在相关信息存储部341存储确定脉搏波传播时间和自主神经功能之间的关系的自主神经功能表,因此,生命体状态推定部350通过根据脉搏波传播时间来检索自主神经功能表,来推定自主神经功能。
另外,生命体状态推定部350取得脉搏间隔的变化率。然后,根据取得的脉搏间隔的变化率的偏差,判定脉搏节律异常。即,生命体状态推定部350起到权利要求记载的脉搏间隔变化率取得单元及脉搏节律异常判定单元的功能。
而且,生命体状态推定部350在由脉搏波传播时间测量部330求出的脉搏波传播时间在规定的阈值以下的情况下,判定为未达到适于睡眠的状态。即,生命体状态推定部350起到权利要求记载的睡眠状态判定单元的功能。这里,规定的阈值设定成随着脉搏间隔越长而越小。从而,生命体状态推定部350在脉搏波传播时间为与脉搏间隔对应的规定阈值以下的情况下,即,脉搏间隔和脉搏波传播时间的组合未进入适于睡眠的区域的情况下,判定为未达到适于睡眠的状态。另外,生命体状态推定部350中,也可以与脉搏间隔无关,而在脉搏波传播时间为一定的阈值以下的情况下,判定为未达到适于睡眠的状态。
这里,在自主神经中的交感神经活跃(占优)时、如紧张时、身体用力时及血管收缩而血液循环不良状态时等(即身体未成为适于睡眠的状态时),脉搏波传播时间趋于变短。另外,脉搏间隔的长度和睡意的强度存在相关性。因此,脉搏波传播时间短且脉搏间隔短的状态被判定为不适于睡眠的状态。反之,脉搏波传播时间长且脉搏间隔长的状态被判定为适于睡眠的状态。
前腕部加温部51在由生命体状态推定部350判定使用者的身体状态未成为适于睡眠的状态的情况下,通过加热前腕部(包含前腕部的一部分(例如手腕等)。以下也相同)(或提高前腕部的保温效果),从而提高前腕部的温度。即,前腕部加温部51起到权利要求记载的前腕部加温单元的功能。
更具体地说,前腕部加温部51内置于在手腕处安装的生命体状态推定装置3的主体背面或者表带210。另外,也可以不是手表型,例如采用具有加温功能的腕带、手镯、衬衫、睡衣等。而且,也可以采用从生命体状态推定装置3分离前腕加温功能,根据来自生命体状态推定装置3的判定结果来控制具有加温功能的腕带等的构成。前腕部加温部51判定使用者的身体状态为未达到适于睡眠的状态的情况下,加热前腕(或提高保温效果)。此时,前腕部加温部51调节输出,使得脉搏波传播时间和上述规定阈值之间的偏差越大,前腕部的温度越高。另一方面,前腕部加温部51判定使用者的身体状态达到适于睡眠的状态时,保持此时的状态或减弱加温程度。
作为前腕部加温部51的加温方法,例如,可以例举利用电热器等方法、缩紧由保温性较高的材料形成的袖口部来提高保温性的方法等。另外,作为可以改变袖口部的缩紧强度的方法,例如,可以是利用由空气泵引起袖口压力发生变化的方法,也可以是机械方法。另外,为了使用者不会感到不舒适,优选以对温度调节设限或设置温度传感器来添加反馈。
另外,也可以取代上述的前腕部加温部51或另外添加,适宜组合在判定使用者的身体状态为未达到适于睡眠的状态的情况下通过加热脚部(包含脚部的一部分(例如脚踝等))(或提高脚部的保温效果)而提高脚部温度的脚部加温部、和在判定使用者的身体状态为未达到适于睡眠的状态的情况下通过冷却颈部周围而降低颈部周围温度的颈部周围冷却部等。
推定出的生命体状态(即,自主神经功能、脉搏节律异常、睡眠状态)之外,计算出的脉搏波传播时间、脉搏数、脉搏间隔、光电脉搏波及加速度脉搏波等的测量数据向显示部50等输出。另外,取得的生命体状态、脉搏波传播时间、脉搏数等的测量数据也可以例如预先在上述RAM等累积存储,在测量结束后,向智能手机、个人电脑(PC)等输出并确认。
显示部50例如由液晶显示器(LCD)、LED等组成,实时显示所取得的脉搏波传播时间、推定出的生命体状态、脉搏数等的测量数据(测量结果)及安装出错等状态。另外,也可以采用将上述信息经由通信部370向例如PC、具有显示器的便携型音乐播放器或智能手机等发送并显示的结构。另外,在该情况下,优选除了发送测量结果、推定结果,还发送测量日期时间等数据。
接着,参照图6及图7,说明生命体状态推定装置3的动作。图6是表示生命体状态推定装置3执行的生命体状态(自主神经功能)推定处理的处理步骤的流程图。另外,图7是表示生命体状态推定装置3执行的睡眠辅助处理的处理步骤的流程图。图6、图7所示处理主要由信号处理单元30在规定的定时反复执行。首先,参照图6,说明生命体状态推定装置3执行的生命体状态(自主神经功能)推定处理。
步骤S100中,读入由第1光电脉搏波传感器10检测出的第1光电脉搏波信号及由第2光电脉搏波传感器20所检测出的第2光电脉搏波信号。后续步骤S102中,对步骤S100读入的第1光电脉搏波信号及第2光电脉搏波信号实施滤波处理。另外,通过将第1光电脉搏波信号及第2光电脉搏波信号分别进行二阶微分,取得第1加速度脉搏波及第2加速度脉搏波。
接着,步骤S104中,检测第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波信号)及第2光电脉搏波信号(第2加速度脉搏波信号)的峰值。然后,对于所检测出的所有峰值,存储峰值时间、峰值振幅等信息。
接着,步骤S106中,判断步骤S104检测出的第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波信号)的峰值振幅是否在规定值以上。这里,第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波信号)的峰值振幅为规定值以上的情况下,处理转移到步骤S110。另一方面,第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波信号)的峰值振幅小于规定值时,在步骤S108中,输出安装出错信息(报警信息)后,暂时从本处理退出。
步骤S110中,求出第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波)的峰值及第2光电脉搏波信号(第2加速度脉搏波)的峰值各自的迟延时间(偏移量),并且根据求出的迟延时间,分别修正第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波)的峰值及第2光电脉搏波信号(第2加速度脉搏波)的峰值。另外,各峰值的修正方法如上所述,因此这里详细的说明省略。
然后,步骤S112中,算出经修正的第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波)的峰值和第2光电脉搏波信号(第2加速度脉搏波)的峰值的时间差(峰值时间差)。
接着,步骤S114中,判断步骤S112算出的峰值时间差是否在规定时间(例如0.01秒)以上。这里,峰值时间差在规定时间以上的情况下,处理转移到步骤S118。另一方面,峰值时间差小于规定值时,在步骤S116中输出出错信息(噪音判定)后,暂时从本处理退出。
步骤S118中,将步骤S112算出的峰值时间差确定为脉搏波传播时间,并取得脉搏间隔。
接着,步骤S120中,算出步骤S118取得的脉搏间隔的变化率,并求出脉搏间隔的变化率的偏差。然后,在后续步骤S122中,判断步骤S120求出的脉搏间隔变化率的偏差是否在规定的范围内。这里,脉搏间隔变化率的偏差在规定范围内的情况下,处理转移到步骤S126。另一方面,脉搏间隔变化率的偏差不在规定范围内时,步骤S124中,输出脉搏节律异常信息。另外,同时输出脉搏间隔及脉搏波传播时间。
步骤S126中,根据步骤S118中确定的脉搏波传播时间,检索自主神经功能表,推定自主神经功能。这里,自主神经功能表等如上所述,这里省略详细说明。
然后,步骤S128中,输出步骤S126中推定的自主神经功能。另外,同时,也输出脉搏波传播时间、脉搏间隔等信息。然后,暂时从本处理退出。
接着,参照图7,说明生命体状态推定装置3所执行的睡眠辅助处理。
步骤S200中,读入由第1光电脉搏波传感器10检测的第1光电脉搏波信号及由第2光电脉搏波传感器20检测的第2光电脉搏波信号。后续步骤S202中,对在步骤S200读入的第1光电脉搏波信号及第2光电脉搏波信号实施滤波处理。另外,通过将第1光电脉搏波信号及第2光电脉搏波信号分别进行二阶微分,取得第1加速度脉搏波及第2加速度脉搏波。
接着,步骤S204中,检测第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波信号)及第2光电脉搏波信号(第2加速度脉搏波信号)的峰值。然后,对所检测的所有峰值,存储峰值时间、峰值振幅等信息。
接着,步骤S206中,判断步骤S204检测的第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波信号)的峰值振幅是否在规定值以上。这里,第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波信号)的峰值振幅在规定值以上的情况下,处理转移到步骤S210。另一方面,第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波信号)的峰值振幅小于规定值时,步骤S208中,输出安装出错信息(报警信息)后,暂时从本处理退出。
步骤S210中,求出第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波)的峰值及第2光电脉搏波信号(第2加速度脉搏波)的峰值各自的迟延时间(偏移量),并根据求出的迟延时间,分别修正第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波)的峰值及第2光电脉搏波信号(第2加速度脉搏波)的峰值。另外,各峰值的修正方法如上所述,因此这里省略详细说明。
然后,步骤S212中,算出经修正的第1光电脉搏波信号(第1加速度脉搏波)的峰值和第2光电脉搏波信号(第2加速度脉搏波)的峰值的时间差(峰值时间差)。
接着,步骤S214中,判断步骤S212算出的峰值时间差是否在规定时间(例如0.01秒)以上。这里,峰值时间差在规定时间以上的情况下,处理转移到步骤S218。另一方面,峰值时间差小于规定值时,步骤S216中,输出出错信息(噪音判定)后,暂时从本处理退出。
步骤S218中,将步骤S212算出的峰值时间差确定为脉搏波传播时间,并取得脉搏间隔。
接着,步骤S220中,判断步骤S218中算出的脉搏波传播时间(本次测量值)是否比现已存储的判定基准值(脉搏波传播时间的最大值)要大。这里,脉搏波传播时间(本次测量值)比现已存储的判定基准值要大的情况下,处理转移到步骤S222。另一方面,脉搏波传播时间(本次测量值)在现已存储的判定基准值以下时,处理转移到步骤S224。
步骤S222中,更新判定基准值(脉搏波传播时间的最大值)。即,将步骤S218获得的脉搏波传播时间(本次测量值)存储为新的判定基准值。另外,根据新的判定基准值,还重新设定用于判定是否为适于睡眠的状态的规定阈值。然后,处理转移到步骤S224。
步骤S224中,判断脉搏波传播时间是否比与脉搏间隔对应的规定的阈值长,即,使用者的身体的状态是否为适于睡眠的状态。这里,脉搏波传播时间比与脉搏间隔对应的规定的阈值长的情况下,即,使用者的身体状态达到适于睡眠的状态的情况下,处理转移到步骤S228。另一方面,脉搏波传播时间在与脉搏间隔对应的规定阈值以下时,即,使用者的身体状态不是适于睡眠的状态时,处理转移到步骤S226。
步骤S226中,通过加热前腕部(例如手腕)(或提高前腕部的保温效果),提高前腕部的温度。另外,通过冷却颈部周围,降低颈部周围的温度。因此,使用者的身体状态成为适于睡眠的状态。然后,暂时从本处理退出。
另一方面,步骤S228中,前腕部加温部51等的运转状态不变、维持状态(或运转状态得到缓和),使用者的身体状态保持为适于睡眠的状态。然后,暂时从本处理退出。
以上,根据本实施方式,第1光电脉搏波传感器10及第2光电脉搏波传感器20配置在安装时与身体接触的一个接触面1a上。因此,仅仅以该接触面1a与身体接触的方式安装,就可以检测与毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号、和与比毛细血管粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。从而,可以更简易地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。
根据本实施方式,第2发光元件21和第2受光元件22的间隔设定为比第1发光元件11和第1受光元件12的间隔要短,因此,通过第2光电脉搏波传感器20,可以检测与处于离表皮较近位置(即浅位置)处的毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号。另一方面,通过第1光电脉搏波传感器10,可以检测与处于离表皮较远位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
但是,波长为450~580nm的蓝色~黄绿色的光在生命体中的吸收强,因此,光电脉搏波信号的输出虽然变大,但是无法获得较长的光路长。相对地,波长为800~1000nm的近红外光在生命体中的吸收不强,因此光电脉搏波信号的输出虽然变小,但是可以获得较长的光路长。因此,根据本实施方式,与使用同一波长的光源作为第1发光元件11及第2发光元件21的情况比较,可以进一步提高S/N。
但是,对于处于离表皮较远的位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉进行的光电脉搏波信号检测对检测位置的依赖性强,若检测位置从适于检测的位置偏移,则可能无法恰当地检测出光电脉搏波信号。根据本实施方式,通过在第1光电脉搏波信号的振幅为规定值以下的情况下判定为出错,从而可以识别出检测位置偏移,因此,可以防止在检测位置发生偏移的状态下进行测量。
另外,根据本实施方式,脉搏波传感部100(第1光电脉搏波传感器10)构成为可动。因此,例如在输出安装出错的情况下,不必从身体取下装置就可以调节脉搏波传感部100(第1光电脉搏波传感器10)的位置。
根据本实施方式,第1光电脉搏波传感器10及第2光电脉搏波传感器20配置在安装时与手腕接触的一个接触面1a上,第1光电脉搏波传感器10检测与桡动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。这里,即使属于粗的动脉,桡动脉也处于离表皮较浅的位置。因此,根据本实施方式,可以稳定测量第1光电脉搏波信号。另外,由于在手腕安装装置,因此可以减小使用者对安装装置的抵制,可以长时间佩戴,而不会感到不适。
另外,根据本实施方式,安装时,脉搏波传感部100(第1光电脉搏波传感器10)以与桡动脉上的表皮相接触的方式配置在接触面1a上。因此,即使在使用者无法准确识别桡动脉的位置的情况下,也可以容易地对脉搏波传感部100(第1光电脉搏波传感器10)进行定位。
但是,桡动脉与毛细血管相比,处于离表皮较深的位置。根据本实施方式,在接触面1a内,配设第1光电脉搏波传感器10的区域形成为向手腕侧呈平滑凸状地突出,因此,向手腕侧按压该第1光电脉搏波传感器10,可以更稳定地测量第1光电脉搏波信号。
根据本实施方式,求出的脉搏波传播时间在规定值以下的情况下,判定为噪音。因此,可以简单且准确地判别与脉搏波信号重叠的例如由身体运动产生的噪音。
根据本实施方式,可以简单且准确地判定心律不齐导致的脉搏节律异常。特别地,该情况下,由于具备上述脉搏波传播时间测量装置1,因此,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续检测脉搏节律异常。
根据本实施方式,在脉搏波传播时间为规定的阈值以下的情况下,判定为未达到适于睡眠的状态。从而,可以判定使用者的身体状态是否为适于睡眠的状态。特别地,该情况下,由于具备上述脉搏波传播时间测量装置1,因此可以更简单地安装到身体。
另外,根据本实施方式,在使用者的身体状态为未达到适于睡眠的状态的情况下,提高使用者的前腕部的温度。因此,不会提高躯干部的温度,仅仅加热前腕部。从而,成为前腕部变热,手指尖末梢血管扩张的状态,同时成为躯干部的温度较低的状态,即适于睡眠的状态。其结果是,可以顺利睡眠(入眠),并可以获得深睡眠。
而且,根据本实施方式,由于存储根据脉搏波传播时间和自主神经功能之间的关系而预定的自主神经功能表(自主神经功能相关信息),因此通过测量使用者的脉搏波传播时间,可以以脉搏波传播时间为指标,推定并评价作为生命体状态的自主神经功能。特别地,由于测量较粗的动脉及毛细血管各自的脉搏波峰值的时间差,因此,可以较强地反映出毛细血管的影响,可以推定与血管收缩、扩张相关的自主神经活动、手冷/血液循环状态。另外,该情况下,由于具备上述脉搏波传播时间测量装置1,因此,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续推定并评价自主神经功能。
(第1变形例)
上述实施方式中,为了检测第1、第2光电脉搏波信号,采用具有第1发光元件11及第1受光元件12的第1光电脉搏波传感器10、和具有第2发光元件21及第2受光元件22的第2光电脉搏波传感器20,但是如图8所示,也可以采用共用第1发光元件11和第2发光元件21(即由第1光电脉搏波传感器10和第2光电脉搏波传感器20共有)的结构。图8是表示采用第1变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置1B的生命体状态推定装置3B的结构的框图。另外,图8中与上述实施方式相同或同等的结构要素附上同一个符号。
第1变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置1B中,第1光电脉搏波传感器10与上述实施方式同样,具有第1发光元件11和第1受光元件12,检测第1光电脉搏波信号。另一方面,第2光电脉搏波传感器20B具有第1发光元件11和第2受光元件22,检测第2光电脉搏波信号。
第1光电脉搏波传感器10、第2光电脉搏波传感器20B配设在脉搏波传感部100。另外,此时,第1发光元件11和第2受光元件22的间隔设定成比第1发光元件11和第1受光元件12的间隔短。其他结构与上述生命体状态推定装置3(脉搏波传播时间测量装置1)同一或同样,因此这里省略详细说明。
另外,作为分离第1光电脉搏波信号和第2光电脉搏波信号的方法,例如,可以适当采用基于时分(time division)的方法(使检测光呈脉冲状发出,使其发光定时错开的方法)、基于波分(wave length division)的方法(在受光元件的跟前配置与各波长对应的波长滤波器的方法)、基于空分(space division)的方法(以各检测光相互不干涉的方式隔开距离来配置的方法)等。
根据本变形例,与上述实施方式同样,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。另外,该情况下,通过共用发光元件,可以实现装置的小型轻量化、低成本化等。
另外,根据本变形例,第1发光元件11和第2受光元件22的间隔设定为比第1发光元件11和第1受光元件12的间隔要短,因此,通过第2光电脉搏波传感器20B,可以检测出与处于离表皮较近的位置(即浅位置)处的毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号。另一方面,通过第1光电脉搏波传感器10,可以检测与处于离表皮较远的位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
(第2变形例)
上述实施方式中,为了检测第1、第2光电脉搏波信号,采用具有第1发光元件11及第1受光元件12的第1光电脉搏波传感器10、和具有第2发光元件21及第2受光元件22的第2光电脉搏波传感器20,但是如图9所示,也可以采用共用第1受光元件12和第2受光元件22(即由第1光电脉搏波传感器10和第2光电脉搏波传感器20共有)的结构。图9是表示采用第2变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置1C的生命体状态推定装置3C的结构的框图。图9中与上述实施方式同一或同等的构成要素附上同一个符号。另外,该情况下,也可以采用放大部等也共有的结构。
第2变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置1C中,第1光电脉搏波传感器10与上述实施方式同样,具有第1发光元件11和第1受光元件12,检测第1光电脉搏波信号。另一方面,第2光电脉搏波传感器20C具有第2发光元件21和第1受光元件12,检测第2光电脉搏波信号。
第1光电脉搏波传感器10、第2光电脉搏波传感器20C配设在脉搏波传感部100。另外,此时,第2发光元件21和第1受光元件12之间的间隔设定成比第1发光元件11和第1受光元件12的间隔要短。其他结构与上述生命体状态推定装置3(脉搏波传播时间测量装置1)同一或同样,这里省略详细说明。
另外,作为分离第1光电脉搏波信号和第2光电脉搏波信号的方法,例如,可以适当采用基于时分的方法(使检测光呈脉冲状地发出,使其发光定时错开的方法)、基于波分的方法(在受光元件的跟前配置与各波长对应的波长滤波器的方法)、基于空分的方法(以各检测光相互不干涉的方式隔开间距进行配置的方法)等。
根据本变形例,与上述实施方式同样,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。另外,该情况下,通过共用受光元件,可以实现装置的小型轻量化、低成本化等。
另外,根据本变形例,第2发光元件21和第1受光元件12的间隔设定为比第1发光元件11和第1受光元件12的间隔要短,因此,通过第2光电脉搏波传感器20C,可以检测出与处于离表皮较近的位置(即浅位置)处的毛细血管的血流相应的第2光电脉搏波信号。另一方面,通过第1光电脉搏波传感器10,可以检测与处于离表皮较远的位置(即深位置)处且比毛细血管要粗的动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号。
(第3变形例)
上述实施方式中,为了检测与桡动脉的血流相应的第1光电脉搏波信号,采用具有第1发光元件11及第1受光元件12的第1光电脉搏波传感器10,但是如图10所示,也可以是取代第1光电脉搏波传感器10而采用具有压电元件14并检测压电脉搏波信号的压电脉搏波传感器13的结构。图10是表示采用第3变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置1D的生命体状态推定装置3D的结构的框图。另外,图10中与上述实施方式同一或同等的构成要素附上同一个符号。
第3变形例所涉及的脉搏波传播时间测量装置1D中,压电脉搏波传感器13检测与桡动脉的血流(搏动)相应的压电脉搏波信号。另一方面,光电脉搏波传感器20D具有发光元件21D和受光元件22D,检测与毛细血管的血流相应的光电脉搏波信号。
压电脉搏波传感器13配设在上述脉搏波传感部100。其他结构与上述生命体状态推定装置3(脉搏波传播时间测量装置1)同一或同样,因此这里省略详细说明。但是,压电脉搏波不同于光电脉搏波,是速度脉搏波(velocity pulse wave),因此,取代上述二阶微分处理部315而采用(一阶)微分处理部315B。
根据本变形例,与上述实施方式同样,可以更简单地安装到身体,且即使在活动中(日常生活中)也可以连续测量脉搏波传播时间。
以上,说明了本发明的实施方式,但是本发明不限于上述实施方式,可以有各种变形。例如,上述实施方式中,以手表型的生命体状态推定装置3为例进行了说明,但是生命体状态推定装置的形态不限于手表型。例如,也可以采用腕带型、在衬衫等衣服的袖口配置的形态。例如,在腕带型的生命体状态推定装置中,为了使安装时与使用者的手腕紧密接触,在由具有伸缩性的材料形成的腕带的内侧安装第1光电脉搏波传感器10及第2光电脉搏波传感器20。
另外,上述实施方式中,在具有桡动脉的手腕测量脉搏波传播时间,但是脉搏波传播时间的测量部位不限于手腕,例如,也可以在具有颈动脉的颈部、具有肱动脉的肘部、具有颞浅动脉的颞颥等测量。
另外,上述实施方式中,为了推定使用者的生命体状态(自主神经功能),采用自主神经功能表,也可以采用根据相关式的运算来进行推定的结构。
另外,取得的脉搏信号、脉搏波传播时间等的测量数据也可以采用向PC、具有显示器的便携型音乐播放器或智能手机等输出并显示的结构。在该情况下,生命体状态的推定也可以在PC、智能手机侧进行。而且,也可以采用向服务器发送数据并在服务器侧处理的结构。在这样的情况下,上述相关信息等数据存储在PC、智能手机、服务器侧。
标号说明
1,1B,1C,1D脉搏波传播时间测量装置
1a接触面
3,3B,3C,3D生命体状态推定装置
10第1光电脉搏波传感器
11第1发光元件
12第1受光元件
13压电脉搏波传感器
14压电元件
20,20B,20C第2光电脉搏波传感器
20D光电脉搏波传感器
21第2发光元件
21D发光元件
22第2受光元件
22D受光元件
30信号处理单元
310第1信号处理部
320第2信号处理部
311,321放大部
312,322模拟滤波器
313,323A/D变换器
314,324数字滤波器
315,325二阶微分处理部
316,326峰值检测部
318,328峰值修正部
330脉搏波传播时间测量部
340脉搏波传播时间存储部
341相关信息存储部
350生命体状态推定部
50显示部
51前腕部加温部
100脉搏波传感部
200主体部
210表带
Claims (10)
1.一种脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:
第1光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第1受光元件,检测第1光电脉搏波信号;
第2光电脉搏波传感器,其具有第2发光元件和第2受光元件,检测第2光电脉搏波信号;
峰值检测单元,其检测由所述第1光电脉搏波传感器检测出的第1光电脉搏波信号及由所述第2光电脉搏波传感器检测出的第2光电脉搏波信号各自的峰值;以及
脉搏波传播时间运算单元,其根据由所述峰值检测单元所检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值之间的时间差,来求出脉搏波传播时间,
所述第1光电脉搏波传感器及所述第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,
所述第2光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的所述第2光电脉搏波信号,
所述第1光电脉搏波传感器检测与比所述毛细血管要粗的动脉的血流相应的所述第1光电脉搏波信号,
所述第2发光元件和所述第2受光元件之间的间隔比所述第1发光元件和所述第1受光元件之间的间隔要短。
2.一种脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:
第1光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第1受光元件,检测第1光电脉搏波信号;
第2光电脉搏波传感器,其具有第2发光元件和第2受光元件,检测第2光电脉搏波信号;
峰值检测单元,其检测由所述第1光电脉搏波传感器检测出的第1光电脉搏波信号及由所述第2光电脉搏波传感器检测出的第2光电脉搏波信号各自的峰值;以及
脉搏波传播时间运算单元,其根据由所述峰值检测单元所检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值之间的时间差,来求出脉搏波传播时间,
所述第1光电脉搏波传感器及所述第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,
所述第2光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的所述第2光电脉搏波信号,
所述第1光电脉搏波传感器检测与比所述毛细血管要粗的动脉的血流相应的所述第1光电脉搏波信号,
所述第1发光元件输出波长为800~1000nm的光,所述第2发光元件输出波长为450~580nm的光。
3.一种脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:
第1光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第1受光元件,检测第1光电脉搏波信号;
第2光电脉搏波传感器,其具有所述第1发光元件和第2受光元件,检测第2光电脉搏波信号;
峰值检测单元,其检测由所述第1光电脉搏波传感器检测出的第1光电脉搏波信号及由所述第2光电脉搏波传感器检测出的第2光电脉搏波信号各自的峰值;以及
脉搏波传播时间运算单元,其根据由所述峰值检测单元检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值之间的时间差,来求出脉搏波传播时间,
所述第1光电脉搏波传感器及所述第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,
所述第2光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的所述第2光电脉搏波信号,
所述第1光电脉搏波传感器检测与比所述毛细血管要粗的动脉的血流相应的所述第1光电脉搏波信号,
所述第1发光元件和所述第2受光元件之间的间隔比所述第1发光元件和所述第1受光元件之间的间隔要短。
4.一种脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:
第1光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第1受光元件,检测第1光电脉搏波信号;
第2光电脉搏波传感器,其具有第2发光元件和所述第1受光元件,检测第2光电脉搏波信号;
峰值检测单元,其检测由所述第1光电脉搏波传感器检测出的第1光电脉搏波信号及由所述第2光电脉搏波传感器检测出的第2光电脉搏波信号各自的峰值;以及
脉搏波传播时间运算单元,其根据由所述峰值检测单元检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值之间的时间差,来求出脉搏波传播时间,
所述第1光电脉搏波传感器及所述第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,
所述第2光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的所述第2光电脉搏波信号,
所述第1光电脉搏波传感器检测与比所述毛细血管要粗的动脉的血流相应的所述第1光电脉搏波信号,
所述第2发光元件和所述第1受光元件之间的间隔比所述第1发光元件和所述第1受光元件之间的间隔要短。
5.一种脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,具备:
第1光电脉搏波传感器,其具有第1发光元件和第1受光元件,检测第1光电脉搏波信号;
第2光电脉搏波传感器,其具有第2发光元件和所述第1受光元件,检测第2光电脉搏波信号;
峰值检测单元,其检测由所述第1光电脉搏波传感器检测出的第1光电脉搏波信号及由所述第2光电脉搏波传感器检测出的第2光电脉搏波信号各自的峰值;以及
脉搏波传播时间运算单元,其根据由所述峰值检测单元检测出的第1光电脉搏波信号的峰值和第2光电脉搏波信号的峰值之间的时间差,来求出脉搏波传播时间,
所述第1光电脉搏波传感器及所述第2光电脉搏波传感器配置在安装时与身体接触的一个接触面,
所述第2光电脉搏波传感器检测与毛细血管的血流相应的所述第2光电脉搏波信号,
所述第1光电脉搏波传感器检测与比所述毛细血管要粗的动脉的血流相应的所述第1光电脉搏波信号,
所述第1发光元件输出波长为800~1000nm的光,所述第2发光元件输出波长为450~580nm的光。
6.权利要求1至5的任一项所述的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,
所述峰值检测单元在所述第1光电脉搏波信号的振幅为规定值以下的情况下,判定为出错。
7.权利要求1至5的任一项所述的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,
所述第1光电脉搏波传感器的位置能够改变。
8.权利要求1至5的任一项所述的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,
所述第1光电脉搏波传感器及所述第2光电脉搏波传感器配置在安装时与手腕接触的一个接触面,
所述第1光电脉搏波传感器检测与桡动脉的血流相应的所述第1光电脉搏波信号。
9.权利要求8所述的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,
安装时,所述第1光电脉搏波传感器配置在所述接触面上,并与桡动脉上的表皮接触。
10.权利要求1至5的任一项所述的脉搏波传播时间测量装置,其特征在于,
所述接触面内配设有所述第1光电脉搏波传感器的区域与未配设有该第1光电脉搏波传感器的区域相比,形成为安装时向手腕侧呈凸状地突出。
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PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |