JP2004275307A

JP2004275307A - 脈波センサ及び脈拍数検出装置

Info

Publication number: JP2004275307A
Application number: JP2003069107A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Aizawa; 伸幸相澤
Original assignee: WAATEKKUSU KK
Current assignee: WAATEKKUSU KK
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】装着が容易で、正確な脈波を検出することのできる脈波センサと、この脈波センサを用い被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出装置を提供する。
【解決手段】発光素子１４と受光素子１５とを、センサケース本体１１の手首に当接する当接面１１ｓの稜線１１ｋに平行な直線１０ｋ上に配置するとともに、上記センサケース本体１１に、手首の断面の輪郭に沿うような傾斜を持って手首側に突出する押え部材１７を設け、装着時に上記透明板１２が浮き上がらないようにした。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被験者の手首の動脈に赤外線領域の波長を有する光を照射し、上記動脈内の赤血球で反射された反射光から、上記被験者の脈波を検出する脈波センサと、上記脈波のデータから被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高齢化社会への移行や食生活の欧米化などに伴い、高血圧、糖尿病、心臓病、脳血管障害などの生活習慣病の増加が大きな社会問題となっている。このような生活習慣病の予防あるいは対処療法として、ウォーキングなどの個人レベルでの運動療法が盛んに行われている。このような運動療法においては、一般に、歩数計や運動カロリー計を携帯して運動量の目安としているが、最近では、運動時における脈拍数（心拍数）などをリアルタイムで計測して、上記運動者の心臓への負担度を推定する方法も提案されている。
上記脈拍数の計測には、通常、血管のある部位に赤外線あるいは近赤外領域の光を照射し、その反射光あるいは透過光から、上記被験者の脈波を検出する光学式の脈波センサが多く用いられている。具体的には、指あるいは耳などに、１対のＬＥＤ（発光素子）とフォトトランジスタ（受光素子）を備えた脈波センサを装着し、上記受光素子で検出された反射光あるいは透過光の波形から脈波の周期（または振動数）を算出して脈拍数を計測する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の指や耳に装着する脈波センサは、小型であるという利点を有するものの、毛細血管中の赤血球の動きを検出していることから信号が微弱で、被験者の体の揺れなどによるノイズの影響を受けやすいという問題点があった。また、検出時には測定部位をある程度圧迫するようにしているため、ウォーキングなどのように、長時間装着するものに適用することができなかった。
一方、動脈中の赤血球の動きを検出すれば大きな信号が得られることから、手首や腕に装着するタイプのものも考えられるが、実際に手首の脈を取ってみてわかるように、センサを所定の位置に装着することが難しいといった問題があるため、実用化が困難であった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、装着が容易で、正確な脈波を検出することのできる脈波センサと、この脈波センサを用い被験者の脈拍数を検出する脈拍数検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の脈波センサは、一対の発光素子と受光素子とを備え、被験者の手首の動脈から反射された発光素子からの反射光を受光素子で検出して、上記被験者の脈波を検出する脈波センサであって、上記発光素子と受光素子とを収納するセンサケースの手首に当接する面の輪郭に直線部を設けるとともに、上記発光素子と受光素子とを上記直線部に平行に配置したことを特徴とするものである。すなわち、手首付近では太い動脈がほぼ直線状に走っているので、上記センサケースの直線部を上記動脈と平行になるように手首に当接させるようにすれば、上記発光素子と受光素子とを容易に手首の動脈に沿って位置させることができるので、被験者の脈波を正確に検出することが可能となる。
【０００６】
請求項２に記載の脈波センサは、上記発光素子として近赤外ＬＥＤを用いたもので、これにより、安価なセンサを作製することが可能となる。
請求項３に記載の脈波センサは、上記センサケースの上記直線部とは反対側に、上記当接面から、手首断面の輪郭に沿うような傾斜を持って手首側に突出する押え部材を設けたもので、これにより、装着時にセンサ面が浮き上がることがないので、脈波の検出精度を更に向上させることが可能となる。
【０００７】
また、請求項４に記載の脈拍数検出装置は、上記請求項１〜３に記載の脈波センサと、上記脈波センサの出力に基づいて被験者の脈拍数を算出する手段と、上記出力の大きさから脈拍の強度を算出する手段と、上記算出された脈拍数と脈拍強度とをそれぞれ表示する表示手段とを備えたもので、脈拍数だけでなく、脈拍強度についても表示されるので、万が一、センサ位置がずれてしまった場合でも、上記表示された脈拍強度に基づいてセンサ位置を修正することができる。したがって、被験者の脈波を正確に検出することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施の形態を示す図で、図１（ａ）は本発明による脈拍数検出装置１に使用される脈波センサの平面図、図１（ｂ）は図１のＡ−Ａ断面図、図２は脈波センサの斜視図、図３（ａ），（ｂ）は、脈拍数検出装置１を被験者の手首２に装着した状態を示す図、図４は上記脈拍数検出装置１の表示手段３２を示す図である。各図おいて、１０は被験者の手首２に当接し、上記手首２の動脈３中の赤血球の動きを検出するセンサ部（脈波センサ）、２０は信号ケーブル２１が収納されたベルト、３０は上記信号ケーブル２１を介して送られたセンサ部１０からの出力に基づいて被験者の脈拍数と脈拍の強度を演算する演算回路３１と、この演算された脈拍数と脈拍の強度を表示する表示手段３２とを備えた演算・表示部である。
センサ部１０は、略直方体状のセンサケース本体１１と、この内センサケース本体１１の被験者の手首２に当接する面（以下、当接面という）１１ｓ側に配置されたアクリル製の透明板１２と、この透明板１２の裏面側に配置されたセンサホルダ１３に収納された一対の発光素子１４と受光素子１５と、上記発光素子１４を駆動するとともに、上記受光素子１５の出力を増幅して脈波を検出する駆動検出回路１６とを備えている。本例では、上記発光素子１４として、安価な汎用品である近赤外ＬＥＤを用い、受光素子１５としてフォトトランジスタを用いるとともに、上記発光素子１４と受光素子１５とを、上記センサケース本体１１の当接面１１ｓを構成する稜線の内、長手方向の稜線１１ｋに平行な直線１０ｋ上に位置するように上記センサホルダ１３を配置するようにしている。
また、本例では、上記センサケース本体１１の発光面である当接面１１ｓの、上記稜線１１ｋとは反対側に、上記当接面１１ｓから手首２の断面の輪郭に沿うような傾斜を持って手首２側に突出する押え部材１７を設けている。なお、上記センサケース本体１１と上記押え部材１７とにより、本例のセンサ部１０のセンサケース１８を構成する。
【０００９】
図４は、演算・表示部３０の表示手段３２の一例を示す模式図で、本例では、脈拍数検出装置１の表示手段３２に時計機能を付加し、脈拍数の表示とともに、本発明の脈拍数検出装置１を時計としても利用できるようにしている。同図において、３２ａは現在時間を表示するアナログ時計表示部、３２ｂは運動経過時間（実際には、脈拍数測定開始からの経過時間）や現在時間をデジタル表示する時間表示部、３２ｃは表示手段３２の裏面側に配置された演算回路３１で算出された被験者の脈拍数を表示する脈拍数表示部、３２ｄは上記演算回路３１で算出された脈拍の強度を表示する脈拍強度表示部である。
【００１０】
次に、脈拍数の測定方法について説明する。
被験者は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、上記脈拍数検出装置１を透明板１２が下側（手首２側）で、かつ、センサケース１８の長手方向、すなわち、センサケース本体１１の当接面１１ｓの稜線１１ｋが被験者の手首２の動脈の延長方向と略平行になるようにベルト２０にて装着する。このとき、発光素子１４と受光素子１５とが配置される透明板１２の中心が、上記動脈３の真上近傍になるようにして上記ベルト２０を固定する。これにより、上記発光素子１４と受光素子１５とは、上記動脈３に沿って一直線上に配置される。
本例では、上記センサケース本体１１の幅方向右側には、手首２の断面の輪郭に沿うような傾斜を持って手首２側に突出する押え部材１７が設けてあるので、センサケース１８は、上記透明板１２と上記押え部材１７のセンサケース本体１１側とは反対側の端部１７ａの２ヵ所で手首２に当接することになる。したがって、装着時に上記透明板１２が浮き上がることがないので、手首２とセンサ部１０との密着性が向上し、脈波の検出精度が向上する。
なお、上記脈拍数検出装置１をベルト２０により手首２に装着する際には、時計をベルトにて装着するのと同程度の圧力でも十分に脈波データを検出することができる。したがって、手首２を圧迫することがないので、長時間の装着も問題はない。
【００１１】
上記発光素子１４から手首２方向へ照射された近赤外線は、手首２の動脈３を流れる赤血球により反射される。したがって、この反射光を上記受光素子１５により検出することにより、被験者の脈波を検出することができる。上記検出された脈波データは駆動検出回路１６で増幅された後、信号ケーブル２１を介して、演算回路３１に送られる。演算回路３１では、所定の閾値を設けて、単位時間あたりの上記閾値以上の出力数を求めて脈拍数を算出し、これを表示手段３２の脈拍数表示部３２ｃに表示する。
また、演算回路３１では、上記閾値の他に複数の閾値を設けて、上記脈波データの振幅の大きさを上記複数の閾値に基づいて複数レベルに分類するとともに、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、この分類されたレベルの大きさを、脈拍強度表示部３２ｄに表示する。本例では、上記レベルを５段階とし、レベル３以上を測定可能レベルとしている。これにより、被験者は脈拍数検出装置１をベルト２０に装着して脈拍の測定を開始したとき、上記脈拍強度表示部３２ｄを視認することにより、センサ部１０の装着状態を確認することができる。したがって、万が一、センサ部１０の装着位置がずれてしまった場合でも、上記表示された脈拍強度表示部３２ｄに表示された脈拍強度に基づいてセンサ部１０の装着位置を適正な位置に容易に修正することができる。
【００１２】
このように、本実施の形態によれば、発光素子１４と受光素子１５とを、センサケース本体１１の手首２に当接する当接面１１ｓの稜線１１ｋに平行な直線１０ｋ上に配置したので、上記稜線１１ｋを、手首２付近を直線状に走る太い動脈３と平行になるよう上記センサケース本体１１を手首２に当接させるようにすれば、上記発光素子１４と受光素子１５とを容易に手首２の動脈３に沿って位置させることができる。したがって、簡単な構成で、被験者の脈波を正確に検出することができる。
また、上記センサケース本体１１に、手首２の断面の輪郭に沿うような傾斜を持って手首２側に突出する押え部材１７を設け、装着時に上記透明板１２が浮き上がらないようにしたので、手首２とセンサ部１０との密着性が向上し、脈波の検出精度を更に向上させることができる。
【００１３】
更に、受光素子１５の出力の大きさから脈拍の強度を算出しこれを表示手段３２の脈拍強度表示部３２ｄに表示するようにしたので、万が一、センサ位置がずれてしまった場合でも、上記表示された脈拍強度に基づいてセンサ位置を修正することができるので、被験者の脈波を正確に検出することができる。
なお、本例では、脈拍数検出装置１を、時計をベルトにて装着するのと同程度の圧力で装着するようにしているので、手首２を圧迫することがなく、長時間の装着も問題はない。
【００１４】
なお、上記実施の形態では、センサケース本体１１の当接面１１ｓにアクリル製の透明板１２を取付けるようにしたが、上記透明板１２を省略して、図１（ａ）に示すセンサホルダ１３の検出面１３ａをセンサケース本体１１から突出させるようにしても、密着性を向上させることができる。
また、上記例では、センサケース本体１１を手首２の外側に位置させ、押え部材１７を手首２の内側に位置させたが、押え部材１７を手首２の外側に位置させ、センサケース本体１１を手首２の内側に位置させてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、脈波センサの発光素子と受光素子とを収納するセンサケースの手首に当接する面の輪郭に直線部を設けるとともに、上記発光素子と受光素子とを上記直線部に平行に配置するようにしたので、発光素子と受光素子とを容易に手首の動脈に沿って位置させることができ、被験者の脈波を正確に検出することができる。
また、上記センサケースの上記直線部とは反対側に、上記当接面から、手首断面の輪郭に沿うような傾斜を持って手首側に突出する押え部材を設けてセンサ面と手首との密着性を向上させるようにしたので、脈波の検出精度を更に向上させることができる。
また、このセンサを用いることにより、装着が容易で出力の安定した脈拍数検出装置を作製することができる。更に、上記脈拍数検出装置に上記脈波センサの出力の大きさから脈拍の強度を算出して表示する手段を設けるようにすれば、万が一、センサ位置がずれてしまった場合でも、上記表示された脈拍強度に基づいてセンサ位置を容易に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる脈拍数検出装置のセンサ部（脈波センサ）の構成を示す平面図と縦断面図である。
【図２】本実施の形態に係わるセンサ部の構成を示す斜視図である。
【図３】脈拍数検出装置の装着状態を示す図である。
【図４】脈拍数検出装置の表示手段の一例を示す図である。
【図５】脈拍強度の表示例を示す図である。
【符号の説明】
１脈拍数検出装置、２被験者の手首、３動脈、１０センサ部、
１１センサケース本体、１２透明板、１３センサホルダ、
１４発光素子、１５受光素子、１６駆動検出回路、１７押え部材、
１８センサケース、２０ベルト、２１信号ケーブル、
３０演算・表示部、３１演算回路、３２表示手段、
３２ａアナログ時計表示部、３２ｂ時間表示部、３２ｃ脈拍数表示部、
３２ｄ脈拍強度表示部。

Claims

一対の発光素子と受光素子とを備え、被験者の手首の動脈から反射された発光素子からの反射光を受光素子で検出して、上記被験者の脈波を検出する脈波センサにおいて、上記発光素子と受光素子とを収納するセンサケースの手首に当接する面の輪郭に直線部を設けるとともに、上記発光素子と受光素子とを上記直線部に平行に配置したことを特徴とする脈波センサ。
上記発光素子として近赤外ＬＥＤを用いたことを特徴とする請求項１に記載の脈波センサ。
上記センサケースの上記直線部とは反対側に、上記当接面から、手首断面の輪郭に沿うような傾斜を持って手首側に突出する押え部材を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脈波センサ。
上記請求項１〜３に記載の脈波センサと、上記脈波センサの出力に基づいて被験者の脈拍数を算出する手段と、上記出力の大きさから脈拍の強度を算出する手段と、上記算出された脈拍数と脈拍強度とをそれぞれ表示する表示手段とを備えたことを特徴とする脈拍数検出装置。