JP2001170016A - 脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 手の動き等によるノイズの影響を受けること
なく正確に脈波の検出をすることができる脈波検出装置
を提供すること。 【解決手段】 とう骨動脈２上のセンサ１９をメインセ
ンサとし、尺骨動脈３上のセンサ１９′を補助センサと
して検出する。このセンサ１９の受信器２１で受信し、
所定の処理後の反射波ｆ１Ａ′の振幅が２つのしきい値
ＡＴｈ１、ＡＴｈ２間にない場合、とう骨動脈２からの
検出が困難であるとして、尺骨動脈３から脈拍数を検出
する。このセンサ１９′による検出は所定の一定時間が
経過するとセンサ１９に切り替わり、検出可能であれば
そのままセンサ１９による検出に戻る。一定時間経過後
であってもセンサ１９での検出が困難であれば再びセン
サ１９′に切り替わり、このセンサ１９′による検出も
困難である場合には、ブザー音によりその旨がユーザに
知らされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、脈波検出装置に
係り、詳細には、動脈に対する超音波の送受信により脈
波を検出する脈波検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】動脈を流れる血流による脈波を検出する
ことは、医療現場や健康管理を行う際広く行われてい
る。この脈波検出は、触診により所定時間の脈拍数とし
て検出する場合の他、脈波検出装置を使用して電子的に
脈拍数等を自動検出することも広く行われている。電子
的に脈波を検出して脈拍数を得る装置としては、ピエゾ
型の圧電素子をセンサとして動脈上に配置し、動脈内部
の圧力変化に伴う表皮の圧力変化（圧力による表皮の変
位）から脈拍数を検出するものや、超音波を利用して脈
拍数を検出するものが存在する。超音波を利用する脈波
検出装置としては、血流によるドップラー効果を利用し
たものがあり、例えば、特開平１−２１４３３５号公報
や、ＵＳＰ４０８６９１６で提案されている。

【０００３】図９は、ドップラー効果による超音波の周
波数変化の様子を表した図である。図９（ａ）に示され
るような周波数ｆ０の超音波を体表面から動脈に向けて
発信すると、発信した超音波は、動脈を流れる血液で反
射される。この反射波を受信素子で受信すると、反射波
の周波数の変化を検出することができる。すなわち、受
信波の周波数をｆ１とすると、図９（ｂ）に示すよう
に、心臓の収縮期は動脈を流れる血流の速度が速いの
で、反射波の周波数はドップラー効果により高くなり
（Ａ部分）、逆に心臓が弛緩している間の血流の速度は
低いためＡ部分よりも周波数が低くなる（Ｂ部分）。こ
のように、心臓の拍動に従って流速が変化する動脈内の
血流に超音波を照射して、周波数の変化を検出すること
で脈波を検出し、さらに脈拍数を検出したり、血流速を
検出したりすることができる。上述のような従来の方法
で手首における動脈から脈波を検出するような場合、動
脈の場所を探す際にも一般的にわかり易い、動脈の位置
を見つけやすい、検出する脈波信号レベルが比較的強い
等の理由から、とう骨動脈上にセンサを配置することが
多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このセ
ンサを配置するとう骨動脈は、手首の腱に近く、手の動
き次第でセンサが浮いてしまったり、位置がずれること
がある。このようなノイズの影響を受けやすい等の理由
により、脈波の誤検出または検出不能などが比較的生じ
易いという問題がある。また、センサの形状、大きさ等
にもよるが、人によってはセンサの位置を決めるのが難
しく、脈波の検出が手首の個人差に左右されるというよ
うな問題があった。そこで、本発明は、このような従来
技術の課題を解決するためになされたもので、手の動き
等によるノイズの影響を受けることなく正確に脈波の検
出をすることができる脈波検出装置を提供することを第
１の目的とする。また、脈波の検出が手首の個人差など
に左右されにくい脈波検出装置を提供することを第２の
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の脈波検出装置で
は、とう骨動脈に向けて超音波を発信する第１の発信手
段と、前記第１の発信手段から発信され前記とう骨動脈
を流れる血液で反射された超音波を受信する第１の受信
手段とを有する第１のセンサと、尺骨動脈に向けて超音
波を発信する第２の発信手段と、前記第２の発信手段か
ら発信され前記尺骨動脈を流れる血液で反射された超音
波を受信する第２の受信手段とを有する第２のセンサ
と、前記第１の受信手段または前記第２の受信手段で受
信された超音波から脈波に関する脈波情報を取得する脈
波情報取得手段と、前記脈波情報取得手段により取得さ
れた脈波情報を出力する出力手段とを具備させる。この
ように、第１のセンサおよび第２のセンサの２つのセン
サを具備するので、第１のセンサまたは第２のセンサの
どちらかが誤検出または検出不能であった場合でも、検
出可能な受信手段により検出をすることができる。例え
ば、第１のセンサが検出不能な場合、第２のセンサによ
り検出をすることができ、誤検出や検出不能などを低減
することができる。なお、取得された脈波情報を記憶す
る記憶手段を設けてもよい。この記憶手段に格納した脈
波情報を後で出力することもでき、所定時間分の脈波情
報を格納しておくことにより、例えば、医療診断等の外
部装置に対して出力することができ、ユーザーの日常の
状態の医療診断等に利用することができる。

【０００６】また、本発明の脈波検出装置において、前
記第１の受信手段または前記第２の受信手段で受信した
超音波が脈波情報の検出に有効か否かを判断する有効性
判断手段を有し、前記脈波情報取得手段は、この有効性
判断手段により有効と判断された超音波から脈波に関す
る脈波情報を取得する。この有効性判断手段が脈波情報
の信号の有効性を判断することにより、第１のセンサま
たは第２のセンサのどちらから脈波情報を取得するかを
制御することができ、このことにより、誤検出や検出不
能などを低減することができる。

【０００７】本発明の脈波検出装置において、前記第１
のセンサと前記第２のセンサの駆動を切り替える切替手
段を有し、前記切替手段は、駆動中の前記第１の受信手
段または前記第２の受信手段で受信した超音波が前記有
効性判断手段で有効でないと判断された場合に、前記第
１のセンサ又は前記第２のセンサの駆動を切り替える。
また、本発明の脈波検出装置において、前記切替手段
は、前記第２のセンサの駆動に切り替えた後所定時間経
過した場合に、前記第１のセンサの駆動に切り替える。
この切替手段によって切り替えることで、前記第１のセ
ンサおよび前記第２のセンサの両方に絶えず発信をする
必要がなく、どちらか一方で受信すると決まった方にの
み発信すればよく、電力の消費を減らすことができる。

【０００８】本発明の脈波検出装置において、前記有効
性判断手段により前記第１の受信手段及び前記第２の受
信手段で受信される超音波が共に有効でない場合、その
旨を告知する告知手段を具備する。この告知手段によ
り、脈波検出装置を使用しているユーザーは、正確に脈
波の検出が行われているかどうかを知ることができる。
そして、脈波検出装置の位置ずれなどによって脈波検出
ができていないときには、リセットボタンを押したり、
脈波検出装置をつけなおしたりすることで、ユーザーは
正確に脈波の検出を仕直すことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を、図１ないし図８を参照して詳細に説明する。 （１）実施の形態の概要 本実施の形態の脈波検出装置は、動脈に向けて超音波ｆ
０を発信し、その反射波ｆ１から脈波情報としての脈拍
数を検出するための２つのセンサ１９、１９′が、とう
骨動脈２上と尺骨動脈３上に配置されるように、時計の
ベルトの内側に配置される。そして、とう骨動脈２上の
センサ１９をメインセンサとし、尺骨動脈３上のセンサ
１９′を補助センサとし、通常はセンサ１９を使用して
脈拍数を検出する。このセンサ１９の受信器２１で受信
し、所定の処理後の反射波ｆ１Ａ′（処理後受信波）の
振幅が２つのしきい値ＡＴｈ１、ＡＴｈ２間にない場
合、とう骨動脈２による脈拍の検出が困難であるとし
て、補助センサであるセンサ１９′を使用して尺骨動脈
３から脈拍数を検出する。メインセンサであるセンサ１
９と補助センサであるセンサ１９′との切替は、制御部
７０から供給される選択信号に応じてスイッチ回路１
０、２０で行われる。補助センサであるセンサ１９′に
よる検出時間は所定の一定時間（例えば１分間）とし、
この時間が経過するとセンサ１９に切り替わり、検出可
能であればそのままメインセンサであるセンサ１９によ
る検出に戻る。一方、一定時間経過後であってもセンサ
１９での検出が困難であれば再びセンサ１９′に切り替
わる。このセンサ１９′による検出も困難である場合に
は、ブザー音によりその旨ユーザーに知らされる。この
ように、とう骨動脈２による脈拍数（脈拍情報）の検出
が困難である場合には、尺骨動脈３による脈拍数（脈拍
情報）の検出を行うので、脈波の誤検出または検出不能
を減らし、より正確な検出を行うことが可能となる。

【００１０】（２）実施の形態の詳細 図１は、第１の実施の形態における脈波検出装置の構成
を示した図である。この図１に示すように、脈波検出装
置は、とう骨動脈２から脈波を検出するためのセンサ１
９（第１のセンサ）と、尺骨動脈３から脈波を検出する
ためのセンサ１９′（第２のセンサ）を備えている。セ
ンサ１９は、とう骨動脈２に向けて超音波ｆ０Ａを発信
する発信器１１（第１の発信手段）と、その反射波ｆ１
Ａを受信する受信器２１（第１の受信手段）を備え、セ
ンサ１９′は、尺骨動脈３に向けて超音波ｆ０Ｂを発信
する発信器１１′（第２の発信手段）と、その反射波ｆ
１Ｂを受信する受信器２１′（第２の受信手段）を備え
ている。

【００１１】また、脈波検出装置は、発信系として、発
信器１１または発信器１１′のどちらから超音波ｆ０
（ｆ０Ａ又はｆ０Ｂの総称。以下同じ）を発信するかを
制御部７０から供給される選択信号Ａ、Ｂに従って選択
し切り替えるスイッチ回路１０と、周波数１０ＭＨｚの
高周波信号を発生させる高周波発信回路１３と、高周波
発振回路１３から供給される高周波信号を出力用のパワ
ーにまで増幅しスイッチ回路１０で選択された発信器１
１または発信器１１′から超音波ｆ０を発信させる駆動
回路１２を備えている。

【００１２】更に脈波検出装置は、受信系として、受信
器２１または受信器２１′のどちらで反射波ｆ１を受信
するかを選択信号Ａ、Ｂに従って選択し切り替えるスイ
ッチ回路２０と、高周波増幅回路３１と、Ｆ／Ｖ変換回
路３２と、検波回路３３と、サンプルホールド回路３４
と、増幅回路３５と、フィルター回路３６と、ＡＤ変換
回路３７と、３２ＫＨｚで発振する信号を発生させる低
周波発振回路５１と、制御部７０を備えている。制御部
７０には、出力手段として機能することで脈拍数が表示
される表示パネル４２、ブザー４３が接続されている。
また、制御部７０には、パーソナルコンピュータや医療
用の診断装置等の各種外部装置４４を接続することが可
能になっている。

【００１３】発信器１１から発信された超音波ｆ０Ａ
は、とう骨動脈２の血流により周波数変調を受けながら
反射され、この反射波ｆ１Ａは、受信器２１で受信され
スイッチ回路２０に供給される。同様に、発信器１１′
から発振された超音波ｆ０Ｂは、尺骨動脈３の血流によ
り周波数変調を受けながら反射され、この反射波ｆ１Ｂ
は受信器２１′で受信され、スイッチ回路２０に供給さ
れるようになっている。スイッチ回路２０は、選択制御
ＳＡ、ＳＢに従って、供給された両反射波ｆ１Ａ、ｆ１
Ｂのうちの一方を高周波増幅回路３１に供給するように
なっている。

【００１４】高周波増幅回路３１は、供給される反射波
ｆ１（ｆ１Ａ又はｆ１Ｂの総称。以下同じ）を増幅して
Ｆ／Ｖ変換回路３２に供給する回路である。Ｆ／Ｖ変換
回路３２は、周波数値に応じた電圧利得の変化を利用し
て、周波数の値に応じた電圧を出力し、検波回路３３に
供給する回路である。検波回路３３は、振幅検波により
その包絡線に対応した電圧を出力し、サンプルホールド
回路３４に供給する。サンプルホールド回路３４は、検
波回路３３からの信号をサンプルホールドする回路であ
る。増幅回路３５は、サンプルホールド回路３４から出
力される信号を信号増幅する回路である。フィルター回
路３６は、信号増幅後の信号から雑音などのノイズを除
去する回路である。ＡＤ変換回路３７は、ノイズを除去
後の信号をディジタル信号に変換する回路であり、脈波
情報を検出する基礎となる処理後反射波ｆ１′（基礎信
号）として制御部７０に供給するようになっている。

【００１５】制御部７０は、主としてＣＰＵ（中央処理
装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ
（ランダム・アクセス・メモリ）、その他を備えたマイ
コンシステムで構成され、更に、表示素子駆動部７１、
計時部７２、記憶部７３、脈拍数演算部７４、信号強度
比較部７５を備えている。

【００１６】信号強度比較部７５は有効性判断手段とし
て機能し、振幅に関するしきい値Ｔｈ１とＴｈ２（処理
後反射波ｆ１Ａ′用のしきい値ＡＴｈ１、ＡＴｈ２と、
処理後反射波ｆ１Ｂ′用のしきい値ＢＴｈ１、ＢＴｈ２
の総称）を有している。信号強度比較部７５は、処理後
反射波ｆ１′の振幅と両しきい値Ｔｈ１、Ｔｈ２とを比
較することでＡＤ変換回路３７から供給される処理後反
射波ｆ１′の有効性を判断する。すなわち、信号強度比
較部７５は、処理後反射波ｆ１′の振幅がしきい値Ｔｈ
１、Ｔｈ２間にない場合に、供給されている処理後反射
波ｆ１Ａ′又はｆ１Ｂ′では脈波情報（脈波数）の検出
が困難である（有効でない）と判断するようになってい
る。この信号強度比較部７５により処理後反射波ｆ１
Ａ′が有効でないと判断されると、制御部７０からは、
スイッチ回路１０、２０に対して選択信号Ｂが供給さ
れ、逆に処理後反射波ｆ１Ｂ′が有効でないと判断され
ると選択信号Ａが供給されるようになっている。信号強
度比較部７５は、ＡＤ変換回路３７から供給される処理
後反射波ｆ１′の振幅に応じたパワー信号を表示素子駆
動部７１に供給するようになっている。

【００１７】脈拍数演算部７４は、脈波情報取得手段と
して機能し、信号強度比較部７５で有効であると判断さ
れた処理後反射波ｆ１′から、後述する方法によって脈
波情報としての脈拍数を求めるようになっている。表示
素子駆動部７１は、表示パネル４２の表示内容を制御す
るもので、時計部７２による時間表示を制御すると共
に、本実施形態における脈波情報である脈拍数を表示す
る。また、表示素子駆動部７１は、制御部７０からスイ
ッチ回路１０、２０に供給している選択信号Ａ、Ｂ、及
び信号強度比較部７５から供給されるパワー信号によ
り、表示パネル４２に脈波のパワー表示を行うようにな
っている。計時部７２は、時間表示や時間計測等の脈波
検出装置での時計としての機能を制御する。

【００１８】記憶部７３には、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、Ｅ
ＥＰＲＯＭ、ハードディスク等の、データを磁気的、電
気的、光学的に記憶する各種記憶媒体を使用することが
でき、その記憶容量は任意であるが、少なくとも１時間
分から１日分、好ましくは１週間分、さらに好ましくは
１ヶ月分の脈波情報の蓄積が可能な記憶容量が採用され
る。このように所定期間分の脈拍情報を記憶部７３に蓄
積しておくことで、後日、外部装置４４を脈波検出装置
に接続して、記憶部７３に蓄積した脈波情報を出力し、
医療診断等に使用することができる。また、記憶部７３
は、例えば、受信器２１、２１′でそれぞれ受信した反
射波ｆ１の脈波情報を記憶しておくことにより、医療用
の診断装置（外部装置）において、長時間分の脈波情報
が得られ、そのユーザの日常生活での状態を医療的な観
点からより正確に診断することができる。また、記憶部
７３には、脈波情報と共に、その脈波情報が格納された
時間が計時部７２から供給されて格納され、各日時にお
ける脈波の状態を知ることができるようになっている。

【００１９】つぎに、以上のように構成された本実施形
態の動作について説明する。まず、とう骨動脈２および
尺骨動脈３に向けて発信した超音波が血流速のドップラ
ー効果によって周波数変調されることから脈波を検出す
る原理について説明する。動脈を流れる血液は、心臓の
収縮期（脈拍）と弛緩期によって、血流速度が変化す
る。このため発信した超音波の周波数は、血流で反射さ
れる際のドップラー効果によって変化する。この場合の
反射波の周波数ｆ１は、超音波の周波数をｆ０、血流速
をｖ、体内での音速をｃ、血流速に対する超音波の入射
角をθとした場合、次の式（１）から求まる。 ｆ１＝ｆ０（１＋２ｖ×ｃｏｓθ／ｃ） ・・・（１） そして、超音波の周波数は、反射によってｆ０からｆ１
の範囲で変化し、その偏位ｄｆは、次の式（２）とな
る。 ｄｆ＝ｆ１−ｆ０＝ｆ０×２ｖ×ｃｏｓθ／ｃ ・・・（２） 従って、例えば各値を、ｃ＝１５５ｍ／ｓ、ｖ＝０．３
ｍ／ｓ、ｆ０＝９．５とすると、周波数偏位ｄｆは３．
８ＫＨｚとなる。式（２）において、血流速ｖは脈拍に
よって変動するため、周波数偏位ｄｆは、約２ＫＨｚか
ら４ＫＨｚの範囲で変化することになる。本実施形態で
は、この周波数偏位ｄｆの変化を、周波数変調波の復調
方式によって検出することで、脈波を検出するようにし
ている。

【００２０】図２は、脈波検出装置の各構成部分におけ
る出力波形を表した図である。高周波発振回路１３は、
その内部において図２（ａ）に示すように周波数１０Ｍ
Ｈｚの高周波信号である超音波ｆ０を発生させている。
そして、この発信された超音波ｆ０は、動脈を流れる血
液で反射される際のドップラー効果によって、周波数変
調（ＦＭ変調）された反射波ｆ１が、図２（ｂ）に示す
ように、受信器２１、２１′で受信される。この反射波
ｆ１は、高周波増幅器３１で増幅された後、Ｆ／Ｖ変換
回路３２に供給される。Ｆ／Ｖ変換回路３２では、増幅
された反射波ｆ１の周波数変化を、図２（ｃ）に示すよ
うに、電圧の変化すなわち振幅の変化に変換し、検波回
路３３に供給する。検波回路３３ではＦ／Ｖ変換回路３
２からの信号を図２（ｄ）に示すように、連続する信号
として増幅回路３５に供給する。検波回路３３から出力
された信号は、増幅回路３５で信号増幅され、フィルタ
回路３６でノイズ成分が除去された後に、ＡＤ変換回路
３７でディジタル信号に変換されて処理後反射ｆ１′と
して制御部７０に供給される。制御部７０では、供給さ
れる処理後反射波ｆ１′の有効性を判断し、有効である
処理後反射波ｆ１Ａ′又はｆ１Ｂ′から脈波情報として
脈拍数を脈拍数演算部７４で求める。

【００２１】ここで、受信した処理後反射波ｆ１′から
脈拍数を求める原理について説明をする。脈拍数演算部
７４では、例えば、比較回路により比較値を超えた場合
にパルス波を発生させ、このパルス波の時間間隔を所定
回数（例えば３回、５回、７回、１０回等）測定し、各
回の測定時間の平均時間Ｔから１分間の脈拍数Ｎを次の
数式（３）に従って求めるようになっている。 Ｎ＝６０／Ｔ ・・・（３） なお、脈拍間の平均時間Ｔから脈拍数を求める場合に限
られず、例えば、所定時間ｔ（例えば、１０秒）内に発
生するパルス数ｗを検出し、次の数式（４）により１分
間の脈拍数Ｎを求めるようにしてもよい。 Ｎ＝ｗ×（６０／ｔ） ・・・（４） 脈拍数演算部７４は、この求めた脈拍数Ｎと、各脈拍に
対応して発生するパルス信号とを表示素子駆動部７１に
供給する。

【００２２】図３は、時計に組み込んだ脈波検出装置に
より脈波を検出する状態を表した図である。図４は、脈
波検出装置（時計）の外観を示した図である。この図３
および図４に示されるように、脈波検出装置（時計）６
０は、時計本体６１と、ベルト６２を備えており、ベル
ト６２の内側にはセンサ１９、１９′が取り付けられて
いる。時計６０は、図３（ａ）に示されるように一般の
時計と同様に、時計本体６１を手の甲側にして左（また
は右）手首２ａに取り付けるようになっている。その
際、図３（ｂ）に示されるように、センサ１９およびセ
ンサ１９′は、センサ１９の位置がとう骨動脈２上に、
センサ１９′の位置が尺骨動脈３上にくるように、ベル
ト６２の長さ方向に移動して位置調整できるよう配置さ
れている。

【００２３】センサ１９、１９′には、図３（ｃ）、図
４（ａ）に示されるように、それぞれ発信器１１、１
１′と受信器２１、２１′の各対が、とう骨動脈２また
は尺骨動脈３に沿ってベルト６２の長さ方向と直交する
方向に並べられ、手先側に発信器１１、１１′が肩側に
受信器２１、２１′が配置されている。なお、発信器１
１、１１′と受信器２１、２１′の配置位置は、この逆
であってもよい。発信器１１、１１′と受信器２１、２
１′は、図３（ｃ）、図４（ａ）に示されるように、手
首の体表に接する面が長方形に形成され、長手方向が両
動脈２、３と交差するように、ベルト６２の長さ方向に
配置されている。

【００２４】時計本体６１には、時計のムーブメント等
の駆動部の他、駆動回路１２、高周波発振回路１３、ス
イッチ回路１０、２０、高周波増幅回路３１、Ｆ／Ｖ変
換回路３２、検波回路３３、サンプルホールド回路３
４、増幅回路３５、フィルター回路３６、ＡＤ変換回路
３７、制御部７０、表示パネル４２および低周波発振回
路５１が配置されている。また、時計本体６１の側面に
は、リセットボタン６８と切り替えボタン６９が備えら
れている（図４参照）。低周波発振回路５１について
は、発振周波数が共通なので、時計機能で使用される駆
動回路と兼用にしてもよい。ベルト６２に配置されたセ
ンサ１９、１９′と、時計本体６１に配置されたスイッ
チ回路１０、２０とは、図４に示されるように、ベルト
６２内に組み込まれた配線８０によって接続されてい
る。

【００２５】時計本体６１の表示面（文字盤）は、時計
としての時刻（や日、曜日等）が表示される時計表示部
６３と、表示パネル４２とを備えている。表示パネル４
２は、脈拍数Ｎが表示される脈拍数表示部６４と、脈拍
に応じて点滅する脈拍点滅部６７と、脈拍の信号強度を
表す脈拍表示部６５、６６とを有している。

【００２６】脈拍表示部６５（ｃｈ１）は、とう骨動脈
２で検出される脈拍の信号強度を表し、脈拍表示部６６
（ｃｈ２）は、尺骨動脈３で検出される脈拍の信号強度
を表している。脈拍表示部６５、６６は、いずれか一方
が表示され、制御部７０からスイッチ回路１０、２０に
選択信号Ａが供給された場合には脈拍表示部６５が表示
され、選択信号Ｂが供給された場合には脈拍表示部６６
が表示される。脈拍表示部６５、６６の目盛りは、左端
を０、右端を１００として、脈拍の信号強度が強いほど
高い目盛数値まで表示される。表示される目盛りの値
は、信号強度比較部７５から供給されるパワー信号に応
じて表示素子駆動部７１で決定される。ユーザーは、受
信器２１、２１′による脈拍の検出状態等を、脈拍表示
部６５、６６の目盛りの表示によって判断することがで
きる。また、ユーザーは、脈拍数表示部６４に表示され
ている脈拍数Ｎが脈拍表示部６５、６６の目盛りの値に
よって、とう骨動脈２による検出値なのか、または尺骨
動脈３からの検出値なのかを判断することもできる。

【００２７】なお、脈拍表示部６５、６６の点滅色を脈
拍数に応じて変えるようにしてもよい。例えば、脈拍数
が６９以下は黄色点滅、７０〜９０の間は青色点滅、９
１〜１１０の間は緑色点滅、１１１〜１３０の間は橙色
点滅、１３１以上は赤色点滅というようにである。この
ように、脈拍数に応じて脈拍の状態を表示色によって容
易に区別することができる。時計本体６１についている
切り替えボタン６９は、時計６０の表示面において、時
刻と脈拍数の情報を一緒に表示したり、または別々に表
示したりというように、時計表示部６３と脈拍数Ｎを表
示する表示パネル４２の表示を切り換えることができ
る。時計本体６１についているリセットボタン６８は、
とう骨動脈２または尺骨動脈３での脈波の検出が不能な
とき等に押してリセットすることで、再び、正確にとう
骨動脈２または尺骨動脈３から脈波の検出をしなおすよ
うになっている。

【００２８】図５は、信号強度比較部７５において処理
後反射波ｆ１′が脈波を検出するのに有効か否かを判断
するための原理を説明したものである。なお、処理後反
射波ｆ１′はディジタル信号に変換されているが、理解
を容易にするために、図５では、処理後反射波ｆ１′を
アナログ表示している。図５では、一例として、とう骨
動脈２から脈波情報（脈波数）を検出する場合について
説明をする。本実施の形態では、ＡＤ変換回路３７から
供給される処理反射波ｆ１Ａ′の振幅が、予めとう骨動
脈２の測定用に設定された２つのしきい値ＡＴｈ１、Ａ
Ｔｈ２の間にある場合には有効であると判断される。と
う骨動脈２からの処理後反射波ｆ１Ａ′の振幅は、脈波
検出装置の位置ずれやとう骨動脈２の脈が弱い等の理由
から、図５の（ｃ）に示したように、脈拍数の検出のた
めに必要な振幅についての第１のしきい値ＡＴｈ１に達
しないほどに弱かったりすることがある。また、とう骨
動脈２からの処理後反射波ｆ１Ａ′の振幅は、図５の
（ｂ）に示したように指の動き等の大きなノイズや、セ
ンサ１９の位置すれや体表からの隔離等の影響を受けた
場合に第２のしきい値ＡＴｈ２以上になってしまい、脈
拍数の正確な検出ができないということもある。そこ
で、とう骨動脈２から正確な脈波情報を取得するめの処
理後反射波ｆ１Ａ′の振幅は、図５の（ａ）に示したよ
うに、振幅に関する両しきい値ＡＴｈ１とＡＴｈ２の間
にある場合に有効であると判断し、ない場合には有効で
ない（測定困難である）と判断する。

【００２９】本実施の形態では、まず、センサ１９をメ
インセンサとしてとう骨動脈２から脈波情報取得するこ
ととし、図５に示したように処理後反射波ｆ１Ａ′が信
号強度比較部７５において有効でないと判断された場
合、制御部７０から選択信号Ｂがスイッチ回路１０、２
０に供給され、サブセンサ（副センサ）であるセンサ１
９′に切り替わり、脈波情報の取得対象もとう骨動脈２
から尺骨動脈３に切り替わる。

【００３０】同様に、信号強度比較部７５では、ＡＤ変
換回路３７から供給される処理反射波ｆ１Ｂ′の振幅
が、尺骨動脈３用のしきい値ＢＴｈ１、ＢＴｈ２の間に
ある場合には有効であると判断され、両しきい値ＢＴｈ
１、ＢＴｈ２間にない場合には有効でない（困難であ
る）と判断される。本実施形態では、センサ１９′によ
る尺骨動脈３での脈波の測定が困難であると信号強度比
較部７５で判断された場合には、制御部７０の制御のも
とブザー４３から警告音が出力される。

【００３１】図６は、制御部７０の測定対象切替処理の
手順を表したフローチャートである。まず、脈波検出装
置の制御部７０は、スイッチ回路１０、２０に選択信号
Ａを供給し（ステップ８０）、これによりメインセンサ
であるセンサ１９を駆動し、とう骨動脈２からの処理後
反射波ｆ１Ａ′をＡＤ変換回路３７から取得する（ステ
ップ８１）。そして制御部７０は、取得した処理後反射
波ｆ１Ａ′の有効性について信号強度比較部７５で判断
する。すなわち、信号強度比較部７５は、処理後反射波
ｆ１Ａ′の振幅をＨＡとした場合、ＡＴｈ１≦ＨＡ≦Ａ
Ｔｈ２を満たすか否か、すなわち、処理後反射波ｆ１
Ａ′の振幅ＨＡがとう骨動脈２用の両しきい値、ＡＴｈ
１、ＡＴｈ２間にあり有効であるか否かを判断する（ス
テップ８２）。制御部７０は、処理後反射波ｆ１Ａ′が
有効であると判断された場合（ステップ８２；Ｙ）、ス
テップ８１に戻り、処理後反射波ｆ１Ａ′の有効性判断
を継続する。この間制御部７０は、有効であると判断さ
れているとう骨動脈２からの処理後反射波ｆ１Ａ′に従
って脈波情報の取得処理、すなわち、表示パネル４２の
表示処理（脈拍数表示部６４の脈拍数Ｎの表示、点滅す
る脈拍点滅部６７の脈拍に応じた点滅、脈拍表示部６５
（ｃｈ１）による脈拍の信号強度表示）と脈波表示の記
憶部７３への格納を行う。

【００３２】一方、信号強度比較部７５により処理後反
射波ｆ１Ａ′が有効でない（ＨＡ＜ＡＴｈ１、又は、Ｈ
Ａ＞ＡＴｈ２）と判断された場合（ステップ８２；
Ｎ）、とう骨動脈２による測定を継続できない状態であ
るため、制御部７０は測定対象を尺骨動脈３に切り替え
るために、選択信号Ｂをスイッチ回路１０、２０に出力
する（ステップ８３）。制御部７０は、選択信号Ｂを出
力した時刻を計時部７２から取得し図示しないＲＡＭに
記憶しておく。選択信号Ｂの供給により、スイッチ回路
１０では駆動回路１２との接続を発信器１１から発信器
１１′に切り替え、スイッチ回路２０では高周波増幅回
路３１との接続を受信器２１から受信器２１′に切り替
える。

【００３３】そして制御部７０は、サブセンサであるセ
ンサ１９′の駆動に切り替わり、尺骨動脈３からの処理
後反射波ｆ１Ｂ′をＡＤ変換回路３７から取得する（ス
テップ８４）。制御部７０は、取得した処理後反射波ｆ
１Ｂ′の有効性について信号強度比較部７５で判断す
る。すなわち、信号強度比較部７５は、処理後反射波ｆ
１Ｂ′の振幅をＨＢとした場合、ＢＴｈ１≦ＨＢ≦ＢＴ
ｈ２を満たすか否か、すなわち、処理後反射波ｆ１Ｂ′
の振幅ＨＢが尺骨動脈３用の両しきい値、ＢＴｈ１、Ｂ
Ｔｈ２間にあり有効であるか否かを判断する（ステップ
８５）。

【００３４】制御部７０は、処理後反射波ｆ１Ｂ′が有
効であると判断された場合（ステップ８５；Ｙ）、計時
部７２の現在時刻とＲＡＭに格納した時刻とを比較し、
選択信号Ｂを出力してから一定時間が経過したか否かを
判断する（ステップ８６）。なお、本実施形態において
サブセンサであるセンサ１９′を使用して尺骨動脈３か
ら脈波を検出する一定時間としては、１分が設定されて
いるが、他の時間（例えば、２分、３分、５分、１０
分、任意に設定可能なｎ分）であってもよい。そして、
一定時間が経過していない場合（ステップ８６；Ｎ）、
制御部７０は、ステップ８４に戻り、処理後反射波ｆ１
Ｂ′の有効性判断を継続する。この間制御部７０は、有
効であると判断されている尺骨動脈３からの処理後反射
波ｆ１Ｂ′に従って脈波情報の取得処理、すなわち、表
示パネル４２の表示処理（脈拍数表示部６４の脈拍数Ｎ
の表示、点滅する脈拍点滅部６７の脈拍に応じた点滅、
脈拍表示部６６（ｃｈ２）による脈拍の信号強度表示）
と脈波表示の記憶部７３への格納を行う。なお、ユーザ
ーは、脈拍の信号強度表示が、脈拍表示部６５から脈拍
表示部６６に切り替わっていることから、測定対象がと
う骨動脈２から尺骨動脈３に切り替わっていることを認
識することができる。

【００３５】制御部７０は、一定時間が経過した場合
（ステップ８６；Ｙ）、測定対象をサブのセンサ１９′
による尺骨動脈３から、メインのセンサ１９によるとう
骨動脈２に戻すために、ステップ８０に戻る。尺骨動脈
３による測定から一定時間経過することで、この間にと
う骨動脈２とセンサ１９との位置関係等が測定可能な状
態に戻っている場合が多いので、選択信号Ａをスイッチ
回路１０、２０に出力することで再度とう骨動脈２によ
る測定に戻すものである。ステップ８０に戻り再度とう
骨動脈２による測定に切り替えても処理後反射波ｆ１
Ａ′が有効でない場合（ステップ８２；Ｎ）、尺骨動脈
３での測定が有効である限り尺骨動脈３での脈波検出が
継続され、定期的に（一定時間毎に）とう骨動脈２によ
る測定が可能になっているか確認する。

【００３６】一方、ステップ８５において、処理後反射
波ｆ１Ｂ′が有効でない（ＨＢ＜ＢＴｈ１、又は、ＨＢ
＞ＢＴｈ２）と判断された場合（ステップ８５；Ｎ）、
とう骨動脈２及び尺骨動脈３の双方による測定が困難な
状態にあるため、制御部７０はブザー４３からブザー音
を出力し（ステップ８７）、脈波の検出処理を終了す
る。なお、とう骨動脈２及び尺骨動脈３の双方による測
定が困難な状態でブザー４３が鳴った場合、ユーザー
は、時計本体６１に付いているリセットボタン６８（図
４参照）を押すことで、再び脈波の検出が開始される。

【００３７】つぎに、本発明の第２の実施の形態につい
て説明する。図７は、第２の実施の形態における脈波検
出装置の構成を示した図である。なお、第１の実施の形
態と同一の部分には同一の符号を付して適宜その説明を
省略する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態と
構成が異なっているが、動作は同様なものとなってい
る。この第２の実施の形態では、図７に示されるよう
に、脈拍数演算回路３８と、表示装置４１と、信号強度
比較回路７７を備えている。

【００３８】信号強度比較回路７７は、サンプルホール
ド回路３４から供給される処理後反射波ｆ１′の有効性
を判断する回路である。すなわち、信号強度比較回路７
７は、第１の実施の形態における制御部７０に相当し、
処理後反射波ｆ１′の振幅がしきい値Ｔｈ１、Ｔｈ２の
間にない場合に、供給されている処理後反射波ｆ１Ａ′
またはｆ１Ｂ′では脈波情報の検出が有効であるか否か
を判断するようになっている。この信号強度比較回路７
７は、処理後反射波ｆ１Ａ′が有効でないと判断する
と、スイッチ回路１０、２０に対して選択信号Ｂを供給
し、また、処理後反射波ｆ１Ｂ′が有効でないと判断す
ると、スイッチ回路１０、２０に対して選択信号Ａを供
給する。脈拍数演算回路３８は、信号強度比較回路７７
で有効であると判断された処理後反射波ｆ１′から脈波
情報としての脈拍数を求める回路である。この脈拍数演
算回路３８は、第１の実施の形態における制御部７０内
の脈拍数演算部７４に相当する。表示装置４１は、時計
としての時刻（日、曜日等）を表示するとともに、脈拍
数演算回路３８により求められた脈波情報である脈拍数
を表示する。このように、第２の実施の形態でも信号強
度比較回路７７がメインであるセンサ１９またはサブで
あるセンサ１９′を切り替えることにより、第１の実施
の形態と同様に、脈波の誤検出または検出不能を減ら
し、より正確な検出を行うことができる。

【００３９】つぎに、第３の実施の形態について説明す
る。この第３の実施の形態は、図１または図７の脈波検
出装置と構成は同様であるが、動作が異なる実施の形態
である。第３の実施の形態では、最初に、とう骨動脈２
上のセンサ１９と尺骨動脈３上のセンサ１９′のどちら
がメイン、サブと決めずに対等に扱って、処理後反射波
ｆ１Ａ′とｆ１Ｂ′の両方の有効性を判断して、有効性
があるまたは有効性が高い方のセンサ１９または１９′
から脈波情報である脈拍数の検出を行うものである。

【００４０】図１に示した構成の脈波検出装置の場合、
制御部７０は、最初に選択信号Ａを出力し、それから一
定時間（例えば、２秒）経過した後に選択信号Ｂを出力
し、処理後反射波ｆ１Ａ′とｆ１Ｂ′の両方をそれぞれ
一定時間（例えば、２秒間）づつ取得する。この処理後
反射波ｆ１Ａ′とｆ１Ｂ′の有効性を順次信号強度比較
部７５で判断し、有効性があり、かつ有効性が高い方の
処理後反射波ｆ１′を測定対象に決定する。そして、処
理後反射波ｆ１Ａ′が測定対象に決定された場合には、
信号部７０は選択信号Ａを再度出力する。一方、処理後
反射波ｆ１Ｂ′が測定対象に決定された場合には、現在
ＡＤ変換回路３７から供給されている処理後反射波ｆ１
Ｂ′による測定を継続する。

【００４１】図７に示した構成の脈波検出装置の場合、
制御部７０は、最初に選択信号Ａを出力し、それから一
定時間（例えば、２秒）経過した後に選択信号Ｂを出力
し、処理後反射波ｆ１Ａ′とｆ１Ｂ′の両方をそれぞれ
一定時間（例えば、２秒間）づつ取得する。この処理後
反射波ｆ１Ａ′とｆ１Ｂ′の有効性を順次信号強度比較
回路７７で判断し、有効性があり、かつ有効性が高い方
の処理後反射波ｆ１′を測定対象に決定する。そして、
処理後反射波ｆ１Ａ′が測定対象に決定された場合に
は、選択信号Ａを再度出力する。一方、処理後反射波ｆ
１Ｂ′が測定対象に決定された場合には、選択信号Ｂは
出力済みで、現在脈拍数演算回路３８には処理後反射波
ｆ１Ｂ′が供給されているので、特に選択信号Ｂの出力
は行わない。

【００４２】以後、最初に有効性が高いと判断された側
の処理後反射波ｆ１′（例えば、ｆ１Ａ′）を使用して
継続的に測定が行われる。その後、測定中の処理後反射
波ｆ１′が有効でないと判断された場合、スイッチ回路
１０、２０でセンサ１９又は１９′を切り替えるための
選択信号Ａ又はＢを出力して、他方の処理後反射波ｆ
１′が有効である間測定を継続的に行う。例えば、最初
に処理後反射波ｆ１Ａ′の有効性が高いとして測定が開
始された場合、そのまま有効性が無いと判断されるまで
の間、センサ１９によるとう骨動脈２からの処理後反射
波ｆ１Ａ′による脈波測定を継続する。そして、手や体
の動き等によって測定中の処理後ｆ１Ａ′の有効性がな
いと判断された場合には、スイッチ回路１０、２０に対
して選択信号Ｂを出力し、センサ１９′による尺骨動脈
３からの処理後反射波ｆ１Ｂ′による脈波測定に切り替
える。ここで、第３の実施形態の場合には、センサ１
９、１９′にメインとサブの区別がないので、所定時間
（第１、第２実施形態の場合には１分）経過したとして
も、処理後反射波ｆ１Ｂ′が有効である限りそのまま測
定を継続することになる。

【００４３】つぎに、第４の実施の形態について説明す
る。図８は、センサの変形例を示した図である。図８
（ａ）は、とう骨動脈２および尺骨動脈３の各センサ１
９、１９′内に、それぞれ２つずつ発信器１１ａ、１１
ｂおよび１１′ａ、１１′ｂと受信器２１ａ、２１ｂお
よび２１′ａ、２１′ｂを配置したものである。この図
８（ａ）に示した脈波検出装置の場合、スイッチ回路１
０は、とう骨動脈２を測定するための発信器１１ａ及び
１１ｂからの発信と、尺骨動脈３を測定するための発信
器１１′ａ及び１１′ｂからの発信とを切り替えること
になる。同様に、スイッチ回路２０は、受信器２１ａ及
び２１ｂによる受信と、受信器２１′ａ及び２１′ｂか
らの受信とを切り替えることになる。なお、スイッチ回
路１０を４つの発信器１１ａ、１１ｂ、１１′ａ、１
１′ｂを個別に切り替えることができるようにし、また
スイッチ回路２０を４つの受信器２１ａ、２１ｂ、２
１′ａ、２１′ｂを個別に切り替えることができるよう
にしてもよい。この場合、図１に示した、信号強度比較
部７５は各受信器２１ａ、２１ｂ、２１′ａ、２１′ｂ
からの処理後反射波ｆ１′４種類についての有効性を判
断し、その判断結果に基づいて制御部７０からスイッチ
回路１０、２０に４種類の選択信号のうちの１が出力さ
れることになる。図７の信号強度比較回路７７も同様に
動作する。このように、複数の発信器１１ａ、１１ｂお
よび１１′ａ、１１′ｂおよび受信器２１ａ、２１ｂお
よび２１′ａ、２１′ｂを用いることにより、手首の動
き等によるとう骨動脈２や尺骨動脈３からのセンサ１
９、１９′のズレを補うことが可能となり、検出能力の
向上をはかることができる。

【００４４】図８（ｂ）は、とう骨動脈２および尺骨動
脈３への超音波発信を、ベルト６２の長さ方向に直交す
るセンサ１９内の１つの発信器１１で行うようにしたも
のである。従って、本実施形態の場合スイッチ回路１０
は不要であり、駆動回路１２によって常時発信器１１か
ら超音波ｆ０が発信されることになる。受信器１１は、
とう骨動脈２および尺骨動脈３の両方にまたがって発信
できるような長さとなっている。この図では、とう骨動
脈２および尺骨動脈３での脈波情報の検出は、１つのセ
ンサ１９で行っており、そのセンサ１９内には、１つの
発信器１１と複数の受信器２１ａ、２１ｂおよび２１′
ａ、２１′ｂが配置されている。このセンサ１９は、発
信器１１と同様に、とう骨動脈２および尺骨動脈３の両
方にまたがるような長さとなっている。発信器１１から
の超音波は、とう骨動脈２および尺骨動脈３へ対等に発
信されているので、脈波情報の検出において、脈波検出
装置は、脈波情報の結果に基づいて発信器１１を切り換
える必要がない。そして、とう骨動脈２および尺骨動脈
３のそれぞれの受信器２１ａ、２１ｂおよび２１′ａ、
２１′ｂからの取得した脈波情報を見ることで受信器２
１ａ、２１ｂおよび２１′ａ、２１′ｂの切り替えをす
ることが可能であり、また、それぞれの受信器２１ａ、
２１ｂおよび２１′ａ、２１′ｂにおいて値が良い方か
らのみ検出を行うようにすることもできる。

【００４５】つぎに、第５の実施の形態について説明す
る。この第５の実施の形態は、図示は省略するが、図４
のとう骨動脈２および尺骨動脈３に対する各センサ１
９、１９′の一部として（又はセンサの横に）、受光面
が体表に接触するように受光センサを取り付け、この受
光センサが受光した場合に対応する処理後反射波ｆ１′
が有効でないと判断するものである。第５の実施形態
は、センサ１９または１９′と腕の間に隙間ができる
と、それぞれのセンサ１９または１９′に取り付けられ
た受光センサが受光する。この受光センサが受光したこ
とにより、脈波検出装置（本体）６０の位置ずれ等が生
じ、対応する処理後反射波ｆ１′は有効性が無いと判断
できる。そこで、図１の制御部７０または図７の信号強
度比較回路７７は、選択信号Ａ又はＢを出力して、とう
骨動脈２上のセンサ１９または尺骨動脈３上のセンサ１
９′の切り替えをすることで脈波情報の取得を行うもの
である。第５の実施の形態では、図１の制御部７０また
は図７の信号強度比較回路７７によって処理後反射波ｆ
１Ａ′またはｆ１Ｂ′の有効性の判断を行うことなく、
受光センサの受光の有無により、脈波検出装置（本体）
６０やベルト６２の位置ずれ、または検出不能等の判断
ができ、より正確に脈波情報を取得することができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の脈波検出装置によれば、手の動
き等によるノイズの影響を受けることなく正確に脈波の
検出をすることができる。また、本発明の脈波検出装置
によれば、とう骨動脈および尺骨動脈それぞれに発信手
段および受信手段を配置することにより、手首の個人差
などに左右されずに、とう骨動脈または尺骨動脈からの
脈波の検出をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における脈波検出装置の構成
を示した図である。

【図２】脈波検出装置の各構成部分における出力波形を
表した図である。

【図３】時計に組み込んだ脈波検出装置により脈波を検
出する状態を表した図である。

【図４】脈波検出装置（時計）の外観を示した図であ
る。

【図５】脈波検出する動脈の切り替え原理の説明図であ
る。

【図６】信号強度比較部での処理手順を示したフローチ
ャートである。

【図７】第２の実施の形態における脈波検出装置の構成
を示した図である。

【図８】センサの変形例を示した図である。

【図９】ドップラー効果による超音波の周波数変化の様
子を表した図である。

【符号の説明】

２ とう骨動脈 ３ 尺骨動脈 １０、２０ スイッチ回路 １１、１１′ 発信器 ２１、２１′ 受信器 １２ 駆動回路 １３ 高周波発振回路 ３１ 高周波増幅回路 ３２ Ｆ／Ｖ変換回路 ３３ 検波回路 ３４ サンプルホールド回路 ３５ 増幅回路 ３６ フィルター回路 ３７ ＡＤ変換回路 ４２ 表示パネル ４３ ブザー ４４ 外部装置 ５１ 低周波発振回路 ７０ 制御部 ７１ 表示素子駆動部 ７２ 計時部 ７３ 記憶部 ７４ 脈拍数演算部 １ 信号強度比較部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 とう骨動脈に向けて超音波を発信する第
   １の発信手段と、前記第１の発信手段から発信され前記
   とう骨動脈を流れる血液で反射された超音波を受信する
   第１の受信手段とを有する第１のセンサと、 尺骨動脈に向けて超音波を発信する第２の発信手段と、
   前記第２の発信手段から発信され前記尺骨動脈を流れる
   血液で反射された超音波を受信する第２の受信手段とを
   有する第２のセンサと、 前記第１の受信手段または前記第２の受信手段で受信さ
   れた超音波から脈波に関する脈波情報を取得する脈波情
   報取得手段と、 前記脈波情報取得手段により取得された脈波情報を出力
   する出力手段と、を備えたことを特徴とする脈波検出装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１の受信手段または前記第２の受
   信手段で受信した超音波が脈波情報の検出に有効か否か
   を判断する有効性判断手段を有し、 前記脈波情報取得手段は、この有効性判断手段により有
   効と判断された超音波から脈波に関する脈波情報を取得
   することを特徴とする請求項１に記載の脈波検出装置。
3. 【請求項３】 前記第１のセンサと前記第２のセンサの
   駆動を切り替える切替手段を有し、 前記切替手段は、駆動中の前記第１の受信手段または前
   記第２の受信手段で受信した超音波が前記有効性判断手
   段で有効でないと判断された場合に、前記第１のセンサ
   又は前記第２のセンサの駆動を切り替えることを特徴と
   する請求項２に記載の脈波検出装置。
4. 【請求項４】 前記切替手段は、前記第２のセンサの駆
   動に切り替えた後所定時間経過した場合に、前記第１の
   センサの駆動に切り替えることを特徴とする請求項３に
   記載の脈波検出装置。
5. 【請求項５】 前記有効性判断手段により前記第１の受
   信手段及び第２の受信手段で受信される超音波が共に有
   効でない場合、その旨を告知する告知手段を有すること
   を特徴とする請求項２、請求項３、又は請求項４に記載
   の脈波検出装置。