JP2005102959A - Pulse wave detector and pulse wave detecting apparatus using the same - Google Patents

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Michio Kobayashi
道夫 小林
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Seiko Epson Corp
セイコーエプソン株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect the pulse wave of an object of measurement while making kinetic motions without requiring strongly pressing a pulse wave detector on a wearing part of the object of measurement. <P>SOLUTION: The pulse wave detector 6 consists of a super-wide band radar 7 and a pulse wave calculating part 8. The super-wide band radar 7 consists of an impulse signal generating part 11 comprising a clock generator 15, a programmable delay circuit 16, an impulse signal generator 17 and a transmission antenna 18, an impulse delay signal forming part 12 comprising a programmable delay circuit 31, a range adjusting circuit 32 and an impulse signal generating part 33, and a super-wide band detecting part 13 comprising a receiving antenna 41 and a super-wide band detector 42, and detects the pulse waves of an artery 22 and a vein 23 in a wrist 21. The pulse waves of the artery 22 and the vein 23 are processed by the pulse wave calculating part 8 so that the pulse waves can be detected accurately. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、動脈流と静脈流とを検出して、体動成分を除く真の脈波成分を算出するようにした脈波検出器及びこれを使用した脈波検出装置に関する。 The present invention detects the arterial flow and venous flow, to the pulse wave detecting apparatus using this pulse wave detector and has to calculate the true pulse wave component excluding the body motion component.

従来の脈波検出装置としては、例えば発光ダイオードとその検出装置とで構成した脈波センサを指先に装着し、脈波センサとこの脈波センサにより検出した脈波信号の信号処理装置との間を有線ケーブルで接続することにより、脈波を検出することが提案されている(例えば特許文献1又は特許文献2参照)。 During a conventional pulse wave detecting apparatus, for example, light emitting diodes and the detection device and the pulse wave sensor constructed and attached to the fingertip, the signal processor of the pulse wave signal detected by the pulse wave sensor and the pulse wave sensor the by connecting a wired cable, it is proposed to detect the pulse wave (for example, refer to Patent Document 1 or Patent Document 2). しかしながら、この従来例では、脈波センサを指先に常に装着していなければならないため、指先に違和感を与えたり、長時間装着していた場合に汗等により不快感を感じたりする場合がある。 However, this conventional example, since that must be always wearing the pulse wave sensor to the fingertips, there is a case in which to feel uncomfortable by the sweat, etc. If you were or give an uncomfortable feeling to the fingertips, extended wear. また、外部からの光が検出されないようにするため発光ダイオードと検出器とを比較的大きなカバーで覆う必要があり、装着時に違和感を与えるという未解決の課題がある。 Further, it is necessary to cover a relatively large cover and a light emitting diode and the detector so that light from the outside is not detected, there is an unsolved problem that discomfort when worn. さらに、脈波検出のためには、発光ダイオードを常時発光させた状態に維持する必要があるので、電池駆動である場合の電池の消耗が激しいという未解決の課題がある。 Furthermore, because of the pulse wave detection, it is necessary to maintain the state in which the light emitting diode always emit light, there is an unsolved problem exhaustion of severe battery when it is battery-driven.

この未解決の課題を解決するために、腕時計の裏蓋部分に反射型光学センサであって、脈拍数を検出する脈波センサユニットを取付けて、脈拍を測定するようにした生態情報計測装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 In order to solve the problems of the unresolved, a reflective optical sensor in the back cover portion of the watch, by attaching the pulse wave sensor unit for detecting a pulse rate, biometric information measuring device designed to measure the pulse rate It has been proposed (e.g., see Patent Document 3).
特許第3301294号公報 Patent No. 3301294 Publication 特公平6−14909号公報(第1頁、第1図) Kokoku 6-14909 discloses (page 1, FIG. 1) 特開平11−235320号公報(第1頁、図3) JP 11-235320 discloses (page 1, FIG. 3)

しかしながら、上記特許文献3に記載された従来例にあっては、腕時計の裏蓋部分の構造が複雑になり、製造が困難となると共に、裏蓋部に外部からの光が侵入しないようにするため、裏蓋部分を被測定者の装着部に強く押し付けている必要があり、長時間装着していると、装着部に痛みを覚える等の未解決の課題がある。 However, in the conventional example described in Patent Document 3, it complicates the structure of the back cover portion of the wristwatch, the manufacturing becomes difficult, the light from the outside is prevented from entering the back cover portion Therefore, it is necessary to have strongly pressed against the back cover portion to the mounting portion of the subject, when being long wearing, there are unsolved problems such as feel pain to the mounting portion. また、運動時の脈波(体動による脈波)を測定する場合、体動による血液の流れも本来の脈波とともに同時に測定してしまうため、真の脈波の検出が困難であるという未解決の課題もある。 Moreover, non of the case of measuring the pulse wave during exercise (pulse wave by the body movement), since the resulting measured simultaneously flow along with the original pulse wave blood by the body movement, it is difficult to detect a true pulse wave solutions to problems also.

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、被測定対象物の装着部に強く押し付ける必要がないと共に、運動時の脈波を正確に検出することができる脈波検出器及びこれを使用した脈波検出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the unsolved problems of the prior art, with no need to press strongly on the mounting portion of the object to be measured, to accurately detect the pulse wave during exercise and its object is to provide a pulse wave detection device using pulse wave detector and this can.

上記目的を達成するための第1の技術手段は、動脈の脈動を超広帯域レーダの使用により検出する動脈流検出手段と、静脈の脈動を超広帯域レーダの使用により検出する静脈流検出手段と、前記動脈流検出手段で検出した動脈流信号と、前記静脈流検出手段で検出した静脈流信号とに基づいて体動成分を除く真の脈波成分を算出する脈波算出手段とを備えたことを特徴としている。 First technical means for achieving the above object, the arterial flow detection means for detecting by using the pulsation of arteries of ultra-wideband radar, the venous flow detecting means for detecting the pulsation of a vein by use of ultra-wideband radar, further comprising the arterial flow signal detected by the arterial flow detecting means, a pulse wave calculating means for calculating the true pulse wave component excluding the body motion component based on the venous flow signal detected by the venous flow detecting means It is characterized in.

この第1の技術手段では、動脈流検出手段で超広帯域レーダを使用して動脈の脈動を検出すると共に、静脈流検出手段で、同様に超広帯域レーダを使用して静脈の脈動を検出し、脈波算出手段で、検出した動脈流信号から静脈流信号を減算して体動成分を除去した真の脈流を検出する。 In the first technical means, in arterial flow detecting means by using ultra-wideband radar detects the pulsation of arteries, veins flow detection means, likewise using the Ultra-wideband radar detects the pulsation of a vein, in the pulse wave calculating means, for detecting a true pulsating removing the body motion component by subtracting the venous flow signal from the detected arterial flow signals. この場合、動脈流及び静脈流を超広帯域レーダを使用して検出するので、人体等の検出対象に対して脈流検出器を強く押し付ける必要がなく、しかも静脈流信号から体動による信号成分を検出することができるので、体動成分を検出するための加速度センサ等のセンサを別途設ける必要がなく、全体の構成を簡易小型化することができる。 In this case, since the arterial flow and venous flow detected using ultra-wideband radar, it is not necessary to press strongly pulsating detector to the detection target such as a human body, yet the signal component due to body movement from the venous flow signal can be detected, there is no need to separately provide a sensor such as an acceleration sensor for detecting a body motion component, it is possible to easily downsize the entire configuration.

また、第2の技術手段は、上記第1の技術手段において、前記超広帯域レーダは、インパルス信号を検出対象に向けて発信するインパルス信号発信部と、該インパルス信号発信部で発信したインパルス信号の反射信号を検出し、発信したインパルス信号の検出対象に対応する遅延信号をもとに検出対象物の反射信号を抽出する超広帯域検出部とで構成されていることを特徴としている。 The second technical means, in the first technical means, wherein the ultra-wideband radar, an impulse signal transmission unit which transmits towards an impulse signal to be detected, the impulse signal that originated in the impulse signal transmitter unit detecting reflected signals, it is characterized in that it is composed of an ultra wide band detection unit delay signal corresponding to the detected outgoing impulse signal to extract a reflected signal based on the detection object.

この第2の技術では、超広帯域レーダが、インパルス発信部と、インパルス信号の検出対象物からの反射信号を抽出する超広帯域検出部とで構成されているので、動脈流又は静脈流を高精度で検出することができ、運動時の脈波を正確に検出することができる。 In this second technique, an ultra wide band radar, an impulse transmitter portion, which is configured in an ultra wide band detection unit for extracting a reflected signal from the detection target impulse signals, accurate arterial flow or venous flow in can be detected, the pulse wave during exercise can be accurately detected.
さらに、第3の技術は、上記第1の技術において、前記動脈流検出手段及び静脈流検出手段が、インパルス信号を検出対象に向けて発信するインパルス信号発信部と、該インパルス信号発信部で発信したインパルス信号に対して動脈での反射波及び静脈での反射波に対応する遅延時間分遅延させたインパルス遅延信号を形成するインパルス遅延信号形成部と、前記インパルス信号発信部で発信したインパルス信号の反射信号を検出し、検出した反射信号と前記インパルス遅延信号形成部で形成したインパルス遅延信号とに基づいて動脈反射信号及び静脈反射信号を選択的に抽出する超広帯域検出部とで構成される広帯域レーダと、広帯域レーダで検出した動脈反射信号及び静脈反射信号に基づいて動脈波及び静脈波を検出する脈波検出部とを The third technique, in the first technique, the arterial flow detecting means and venous flow detection means, an impulse signal transmission unit which transmits towards an impulse signal to be detected, originating in the impulse signal transmitter unit the impulse delay signal forming section for forming an impulse delay signal obtained by delaying the time delayed corresponding to the reflected wave in the reflected wave and venous arterial against impulse signal, the impulse signal that originated in the impulse signal transmitter unit the reflected signal is detected, broadband composed of the ultra-wide band detector to selectively extract the arterial reflected signals and venous reflected signal based on the impulse delay signal formed by detecting the reflected signal and the impulse delayed signal forming section radar, a pulse wave detector that detects an arterial wave and vein wave based on arterial reflected signals and venous reflected signal detected by the broadband radar えていることを特徴としている。 It is characterized by that example.

この第3の技術手段では、インパルス信号発信部で発信したインパルス信号に対して動脈での反射波及び静脈での反射波に対応する遅延時間分遅延させたインパルス遅延信号を形成するインパルス遅延信号形成部を有するので、1つの超広帯域レーダで、インパルス遅延信号形成部で形成するインパルス遅延信号を選択することにより、動脈流及び静脈流を検出することができ、脈波検出器をより小型化することができる。 In the third technical means, the impulse delayed signal and which forms an impulse delay signal obtained by delaying the time delayed corresponding to the reflected wave in the reflected wave and venous arterial against impulse signal that originated in the impulse signal transmitter unit because it has a part, in one ultra-wide band radar, by selecting the impulse delay signal forming an impulse delay signal forming unit, it is possible to detect the arterial flow and venous flow, more compact pulse wave detector be able to.

さらにまた、第4の技術は、前記第1乃至第3の技術の何れか1つに記載の脈波検出器を腕時計に組込んだことを特徴とする脈波検出装置である。 Furthermore, the fourth technique is the pulse wave detecting apparatus characterized by incorporating a wristwatch pulse wave detector according to any one of the first to third techniques.
この第4の技術では、腕時計に脈波検出装置を組込んだので、運動時の脈波を、腕時計を装着するだけで、装着した場合に不快感を生じることなく、正確に容易に人体の脈波を正確に検出することができる。 In the fourth technique, since incorporating the pulse wave detection device in a wristwatch, a pulse wave during exercise, by simply attaching the watch, without causing discomfort when wearing, exactly easily human the pulse wave can be detected accurately.

なおさらに、第5の技術手段は、前記第1乃至第3の技術手段の何れか1つに記載の脈波検出器を動物の首輪に組込んだことを特徴としている。 Still further, a fifth technical means is characterized in that incorporating the pulse wave detector according to the animal's collar to any one of the first to third technical means.
この第5の技術手段では、動物の運動時の脈波を正確に検出することができ、例えば競走馬や馬術用馬等の調教時に脈波を正確に把握しながら調教を行うことができる。 In the fifth technical means, it is possible to accurately detect the pulse wave at the time of animal movement, the pulse wave can be performed training while grasping precisely, for example when training such as racehorses and horses for equestrian.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明を腕時計に適用した場合の一実施形態を示す構成図であって、図中、1は脈波検出装置としての腕時計であって、表面に時刻及び脈波結果を表示する表示部2が設けられ、内部に各種の電気部品又は電子部分を内蔵したハウジング3と、このハウジング3に連結されて、脈波の検出対象となる人間の腕に巻回されるリストバンド4とを備えている。 Figure 1 is a block diagram showing an embodiment when the present invention is applied to a wristwatch, in the figure 1 is a wristwatch as pulse-wave detecting device, displays the time and the pulse wave results in a surface display unit 2 is provided with a housing 3 having a built-in various electric parts or electronic parts of the interior, is connected to the housing 3, a wristband 4 wound around the human arm to be detected in the pulse wave It is equipped with a.

ハウジング3の手首の甲に接触する裏蓋5には、図2に示すように、動脈及び静脈の脈波を検出する脈波検出器6が配設されている。 The back cover 5 in contact with the instep of the wrist housing 3, as shown in FIG. 2, pulse wave detector 6 for detecting the pulse wave of the artery and vein are disposed.
この脈波検出器6は、図3に示すように、動脈流及び静脈流を検出する超広帯域(UWB:Ultra Wideband)レーダ7と、この超広帯域レーダ7で検出した動脈流及び静脈流に基づいて脈波を検出する脈波算出手段としての脈波算出部8とで構成されている。 The pulse wave detector 6, as shown in FIG. 3, ultra-wideband to detect the arterial flow and venous flow: based and (UWB Ultra Wideband) radar 7, in the arterial flow was detected in the ultra-wideband radar 7 and venous flow It is composed of a pulse wave calculating section 8 as a pulse wave calculating means for detecting a pulse wave Te.

超広帯域レーダ7は、インパルス信号を発信するインパルス信号発信部11と、このインパルス信号発信部11から発信されたインパルス信号に対して動脈での反射波及び静脈での反射波に対応する遅延時間分遅延させたインパルス遅延信号を形成するインパルス遅延信号形成部12と、インパルス信号発信部11で発信したインパルス信号の反射信号を検出し、検出した反射インパルス信号とインパルス遅延信号形成部12で形成したインパルス遅延信号とに基づいて動脈反射信号及び静脈反射信号を選択的に抽出する超広帯域検出手段としての超広帯域検出部13とで構成されている。 Ultra-wideband radar 7, the impulse signal transmitter 11 for transmitting an impulse signal, a delay time corresponding to the reflected wave in the reflected wave and venous arterial for outgoing impulse signal from the impulse signal transmitter 11 the impulse delay signal forming unit 12 for forming an impulse delayed signal delayed impulse for detecting a reflected signal of the impulse signal that originated in the impulse signal transmitter unit 11, formed by the detected reflected impulse signal and the impulse delayed signal forming unit 12 It is composed of an ultra wide band detector 13 as ultra-wideband detection means selectively extracts the arterial reflected signals and venous reflected signal based on the delay signal.

ここで、インパルス信号発信部11は、レーダパルス繰り返しインターバルを形成するランダムなパターンのクロック信号を発生するクロック発生器15と、このクロック発生器15から出力されるクロック信号を所定遅延時間だけ遅延させた基準遅延信号を出力するプログラマブル遅延生成回路16と、このプログラマブル遅延生成回路16から出力される基準遅延信号がトリガ信号として入力されてインパルス信号を発生するインパルス信号発生器17と、このインパルス信号発生器17から出力されるインパルス信号を人間の手首の甲に放射するハウジング3の裏蓋5に配設された送信アンテナ18とを備えている。 Here, the impulse signal transmitter unit 11 includes a clock generator 15 for generating a clock signal of a random pattern to form a repetitive radar pulse interval, delays the clock signal outputted from the clock generator 15 by a predetermined delay time and a programmable delay generator circuit 16 which outputs a reference delay signal, an impulse signal generator 17 to the reference delay signal output from the programmable delay generator circuit 16 is inputted as a trigger signal to generate an impulse signal, the impulse signal generator and a transmitting antenna 18 which is arranged in the back cover 5 of the housing 3 which emits the impulse signal outputted from the vessel 17 to the instep of a human wrist.

なお、プログラマブル遅延回路16で生成される基準遅延信号の遅延時間は、一般的には後述するインパルス遅延信号形成部12で設定される最少遅延時間を考慮して設定されるが、インパルス信号発信部11の遅延時間を考慮して設定するようにしてもよい。 The delay time of the reference delay signals generated by the programmable delay circuit 16 is generally set in consideration of the minimum delay time set by the impulse delay signal forming section 12 to be described later, the impulse signal transmitter unit 11 delay time may be set in consideration.
また、インパルス信号発生器17は、通常ガウス形状の電圧パルスを発生するが、他のマルチバンドパルスと称される形状の電圧パルスを発生させるようにしてもよく、この他チャープ波形の電圧パルスも適用することができる。 Moreover, the impulse signal generator 17 is for generating a voltage pulse of a normal Gaussian may be caused to generate a voltage pulse called shape as other multi-band pulse, the voltage pulses of the other chirp waveforms it is possible to apply.

さらに、送信アンテナ18は、セラミックで形成されたチップアンテナやフラクタルアンテナを適用することができ、腕時計1を装着した検出対象となる手首21の甲に対してインパルス信号発生器17で発生されたインパルス信号を放射する。 Further, the transmission antenna 18, can apply the chip antenna and a fractal antenna formed of ceramic, generated against the instep of the wrist 21 to be detected wearing the wristwatch 1 in impulse signal generator 17 Impulse It emits a signal.
インパルス遅延信号形成回路12は、インパルス信号発生部11のクロック発生器15で発生されたクロック信号が入力されるプログラマブル遅延回路31と、このプログラマブル遅延回路31の遅延時間を設定するレンジ調整回路32と、プログラマブル遅延回路31から出力される遅延信号をトリガとしてインパルス信号を発生させるインパルス信号発生器33とで構成されている。 Impulse delay signal forming circuit 12 includes a programmable delay circuit 31 that generates clock signals at the clock generator 15 of the impulse signal generator 11 is inputted, the range adjustment circuit 32 to set the delay time of the programmable delay circuit 31 , and a pulse signal generator 33 for generating an impulse signal as a trigger delay signal output from the programmable delay circuit 31.

ここで、レンジ調整回路32は、インパルス信号発生器17で発生されて送信アンテナ18から手首21の甲に放射されるインパルス信号が測定対象となる動脈22及び静脈23で反射された反射信号を抽出するための2種類の遅延時間をクロック発生器15で発生されるクロック信号に同期して時分割で出力するように調整可能に構成されている。 Here, the range adjustment circuit 32 extracts a signal reflected from a artery 22 and vein 23 the impulse signals radiated in the instep of the wrist 21 from the transmission antenna 18 are generated by the impulse signal generator 17 is measured two delay time of the clock signal generated by the clock generator 15 is adjustably configured to output a time division synchronous to.
超広帯域検出部13は、送信アンテナ17から手首21の甲に放射されたインパルス信号が動脈22及び静脈23で反射された反射インパルス信号を受信する受信アンテナ41と、この受信アンテナ41で受信した反射インパルス信号とインパルス遅延信号形成回路12から入力されるインパルス遅延信号との相関をとる例えばマッチトフィルタで構成される超広帯域検出器42とで構成されている。 Ultra wideband detector 13 has a receiving antenna 41 which impulse signals radiated in the instep of the wrist 21 from the transmission antenna 17 receives the reflected impulse signal reflected by the artery 22 and vein 23, received by the receiving antenna 41 reflector correlating the impulse delay signal inputted from the impulse signal and the impulse delay signal forming circuit 12 composed of a matched filter for example constituted by an ultra wideband detector 42.

ここで、超広帯域検出器42は、受信アンテナ41で受信した反射インパルス信号と、インパルス遅延信号形成回路12から入力されるインパルス遅延信号との相関をとり、相関値の強度変化を表す反射波検出信号を出力する。 Here, ultra-wideband detector 42, the reflected impulse signal received by the receiving antenna 41, the impulse delayed signal correlates with the impulse delay signal inputted from the formation circuit 12, the reflected wave detected representing a change in intensity of the correlation values and it outputs the signal.
脈波算出部8は、超広帯域検出部13の超広帯域検出器42から出力される反射波検出信号を時間軸方向で積分及び微分等の処理を行うことにより、動脈22又は静脈23の脈動運動の時間変化を検出する脈波検出回路51と、この脈波検出回路51から出力される脈波信号のゲインを自動調整するAGC回路52と、このAGC回路52でゲインを自動調整された脈波信号をディジタル信号に変換するA/D変換器53と、このA/D変換器53から出力されるディジタル信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換器54と、この高速フーリエ変換器54で高速フーリエ変換された周波数領域の変換データが入力される後処理回路55とを備えている。 Pulse wave calculating unit 8, by performing the integration and treatment of the derivative such as a reflected wave detection signal output from the ultra-wideband detector 42 of the ultra wideband detector 13 in the time axis direction, the pulsation motion of the artery 22 or vein 23 time change pulse wave detection circuit 51 which detects the an AGC circuit 52 for automatically adjusting the gain of the pulse wave signal output from the pulse wave detection circuit 51, the automatic adjustment pulse wave gain in the AGC circuit 52 of the an a / D converter 53 which converts the signal into a digital signal, a fast Fourier transformer 54 to a digital signal output from the a / D converter 53 fast Fourier transform, fast Fourier transform at the fast Fourier transformer 54 conversion data of frequency region and a post-processing circuit 55 to be input.

ここで、後処理回路55は、高速フーリエ変換器54から入力される動脈の周波数領域の変換データから静脈の周波数領域の変換データを減算することにより、動脈の周波数領域の変換データから静脈の周波数領域の変換データに含まれる体動成分を除去して、純粋な真の脈波成分を検出する後処理アルゴリズムを実行し、この後処理アルゴリズムで検出された真の脈波成分が表示部2に供給されて、この表示部2で真の脈波成分を表示する。 Here, the post-processing circuit 55 subtracts the converted data of the vein in the frequency domain from the conversion data of the frequency region of the artery that is input from the fast Fourier transformer 54, the vein of the frequency from the converted data of the artery in the frequency domain by removing the body motion component included in the converted data area, performs post-processing algorithm for detecting a pure true pulse wave component, the true pulse wave component detected by the post-processing algorithm display portion 2 It is supplied to display the true pulse wave component at the display unit 2.

次に、上記実施形態の動作を説明する。 Next, the operation of the above embodiment.
先ず、上記構成を有する腕時計1を、検出対象者の手首21に、その甲側に裏蓋5が接触するように装着する。 First, the wristwatch 1 having the above configuration, the detection subject's wrist 21, mounted so as to contact with the back cover 5 on its back side. この腕時計1を装着した状態で、脈波検出器6を作動させることにより、インパルス信号発信部11の送信アンテナ18からインパルス信号を手首21の甲側に放射し、超広帯域検出部13の受信アンテナ41で動脈22によって反射された動脈反射インパルス信号及び静脈23で反射された静脈反射インパルス信号を受信する。 The wristwatch 1 while wearing, by operating the pulse wave detector 6, an impulse signal is emitted to the back side of the wrist 21 from the transmit antenna 18 of the impulse signal transmitter unit 11, the receiving antenna of a UWB detector 13 41 receives the venous reflected impulse signal reflected by the arterial reflected impulse signals and venous 23 reflected by the artery 22.

このとき、腕時計1を左手首21に装着するものとすると、左手首21は、図3に示すように、皮膚24に覆われた内部に橈骨25及び尺骨26と、これらの手の平側に位置する橈骨動脈22a及び尺骨動脈22bと、橈骨25及び尺骨26の手の甲側で皮膚の近くに位置する橈側皮静脈23a及び尺側皮静脈23bとを有し、橈骨動脈22a及び尺骨動脈22bと橈側皮静脈23a及び尺側皮静脈23bとの間には手の甲側から手の平側を見た場合に1cm程度の距離差を有する。 At this time, assuming that attaching the wristwatch 1 on the left wrist 21, the left wrist 21, as shown in FIG. 3, the radius 25 and ulna 26 inside covered with the skin 24, located these palm side It has a radial artery 22a and ulnar artery 22b, and a cephalic vein 23a and the basilic vein 23b located close to the skin at the back of the hand of the radius 25 and ulna 26, radial artery 22a and ulnar artery 22b and cephalic vein between the 23a and the basilic vein 23b have a distance difference of about 1cm when viewed palm side from the back of the hand.

したがって、インパルス遅延信号形成回路12のレンジ調整回路32で例えば手の甲側から送信アンテナ18によってインパルス信号を放射したときに尺骨動脈22bからの反射信号を受信アンテナ41で受信し、超広帯域検出器42に入力されるまでの時間にプログラマブル遅延回路16での遅延時間を加算したインパルス遅延時間を設定する遅延時間設定信号を出力するように設定すれば、プログラマブル遅延回路31でクロック発生器1えで発生されたクロック信号がインパルス遅延時間だけ遅延されてインパルス信号発生器33にトリガ信号として入力される。 Therefore, receiving a reflected signal from the ulnar artery 22b by the receiving antenna 41 when emitting an impulse signal by range adjustment circuit 32, for example, transmitted from the back side of the hand antenna 18 of the impulse delay signal forming circuit 12, the ultra-wideband detector 42 be set so as to output a delay time setting signal for setting the impulse delay time obtained by adding the delay time in the programmable delay circuit 16 to the time until the input is generated in the example clock generator 1 in the programmable delay circuit 31 clock signal is delayed by the impulse delay time is input into an impulse signal generator 33 as a trigger signal.

このため、インパルス信号発生器33で、インパルス信号発信部11のインパルス信号発生器17でインパルス信号を発信したタイミングから送信アンテナ18から手首21内に放射されたインパルス信号が尺骨動脈22bで反射した反射インパルス信号を受信アンテナ41で受信して超広帯域検出器42に入力されるタイミングでインパルス遅延信号を超広帯域検出器42に入力する。 Thus, an impulse signal generator 33, the reflected impulse signals emitted to the wrist 21 from the impulse signal transmitter unit 11 of the impulse signal generator 17 transmitted from the timing antenna 18 that originated the impulse signal is reflected by the ulnar artery 22b inputting an impulse delayed signal to the ultra-wideband detector 42 at the timing input received ultra wideband detector 42 an impulse signal at the receiving antenna 41.

この結果、超広帯域検出器42では、受信アンテナ41から入力される反射インパルス信号とインパルス信号発生器33から入力されるインパルス遅延信号との相関をとることにより、尺骨動脈22bで反射された反射インパルス信号が入力されたときに、高い相関値が得られる。 As a result, the ultra-wideband detector 42, by taking the correlation between the impulse delay signal input from the reflected impulse signal and the impulse signal generator 33 inputted from the receiving antenna 41, the reflected impulse is reflected by the ulnar artery 22b when a signal is input, a high correlation value is obtained.
同様に、レンジ調整回路32で、インパルス信号発信部11のインパルス信号発生器17からインパルス信号が発生されて送信アンテナか18から手首21内に放射され、これが尺側皮静脈23bで反射された反射インパルス信号を受信アンテナ41で受信して超広帯域検出器42に入力されるタイミングに同期してインパルス遅延信号形成部12のインパルス信号発生器33でインパルス遅延信号を発生するように遅延時間を調整することにより、超広帯域検出器42で尺側皮静脈23bからの反射インパルス信号が入力されたタイミングで高い相関値が得られる。 Similarly, range adjustment circuit 32, an impulse signal from the impulse signal generator 17 of the impulse signal transmitter unit 11 is radiated from the transmitting antenna or 18 is generated in the wrist 21, the reflection this has been reflected in the basilic vein 23b adjusting the delay time as an impulse signal generator 33 of the impulse delay signal forming unit 12 receives an impulse signal at the receiving antenna 41 in synchronization with the timing to be input to the ultra-wideband detector 42 generates an impulse delayed signal it allows high correlation values ​​at a timing when the reflected impulse signal is input from the basilic vein 23b ultra wideband detector 42 is obtained.

このため、クロック発生器15からクロック信号が発生される毎に、レンジ調整回路32で動脈用遅延信号及び静脈用遅延信号を交互に出力させることにより、超広帯域検出器42で尺骨動脈22b及び尺側皮静脈23bで反射される反射インパルス信号を時分割で検出することができ、これら反射インパルス信号を脈波検出回路51に順次入力することにより、この脈波検出回路51でレンジ調整回路32から入力される遅延信号に基づいて順次入力される反射インパルス信号を動脈用及び静脈用に分離し、分離された動脈用反射インパルス信号及び静脈用反射インパルス信号に対して積分及び微分等の処理を行うことにより、動脈用脈波信号及び静脈用脈波信号を検出する。 Therefore, every time the clock signal from the clock generator 15 is generated by outputting the delayed signal and venous delay signal artery alternately range adjustment circuit 32, ulnar artery 22b and elongated in the ultra-wideband detector 42 can be detected in a time division reflected impulse signal reflected by the side vein 23b, these reflected impulse signals by sequentially input to the pulse wave detection circuit 51, the range adjustment circuit 32 in this pulse wave detection circuit 51 sequentially reflected impulse signals inputted separated for arterial and venous, performs integration and processing a differential or the like to the separated arterial reflected impulse signals and venous reflection impulse signals based on the delay signal input it allows to detect a pulse wave signal for arterial pulse wave signal and veins.

このとき、超広帯域レーダ7では、インパルス信号発信部11のインパルス信号発生器17で発生されるインパルス信号は時間軸上で表すと、図4(a)に示すように送信パルス幅Tpの搬送波を必要としないモノパルス信号であり、この送信パルス幅Tpをナノ(10 -9 )秒、ピコ(10 -12 )秒、フェムト(10 -16 )秒と細くすることにつれ周波数帯は図4(b)に示すようにGHzオーダで広くとることができ、送信電波強度を低下させることが可能となり、低消費電力化(数μW程度)を図ることができる。 At this time, the ultra-wideband radar 7, the impulse signal generated by the impulse signal generator 17 of the impulse signal transmitter 11 is expressed in the time domain, a carrier wave of the transmitted pulse width Tp as shown in FIG. 4 (a) a monopulse signal that does not require, nano (10 -9) seconds the transmission pulse width Tp, pico (10 -12) seconds, the femto (10 -16) frequency band as the be thin and sec Fig 4 (b) can be widened in the GHz order, as shown in, it is possible to reduce the transmission radio wave intensity, it is possible to reduce power consumption (several .mu.W). また、送信パルス間隔を狭くすることにより通信速度を高速とすることができ、レーダとした場合に分解能を向上させることができる。 Further, it is possible to make the transmission speed high speed by narrowing the transmission pulse interval, it is possible to improve the resolution when the radar. しかも、超広帯域レーダ7では実現する電子回路が単純化され、最大送信電力が小さくなるのでLSI化しやすくなる。 Moreover, the electronic circuit is simplified to realize the ultra-wideband radar 7, easily turned into LSI because the maximum transmission power is reduced.

因に、通常の搬送波を使用するBPSK等の位相変調方式では、搬送波を信号で変調して電波を送信し、受信側では受信信号を復調して信号成分を取り出すようにしているので、送信波形は図5(a)に示すように所定周期Tsのパルス波形の極性で信号を表すことになり、周波数帯は図5(b)に示すように短くなり、大きな送信電波強度を必要とすると共に、送信回路及び受信回路の構成が複雑大型化し、消費電力も大きくなる。 In this connection, in the phase modulation scheme of BPSK or the like for use normal carrier, and transmits the radio wave by modulating a carrier wave with a signal, since the receiving side is to extract the signal components by demodulating the received signal, the transmission waveform together will be representative of the signal with the polarity of the pulse waveform of a predetermined period Ts as shown in FIG. 5 (a), the frequency band becomes shorter as shown in FIG. 5 (b), requiring a large transmission radio wave intensity the configuration of the transmitting circuit and the receiving circuit is complicated large, power consumption is also increased.

そして、脈波検出回路51で検出した動脈用脈波信号及び静脈用脈波信号を個別にAGC回路52に出力して、ゲインを自動的に調整してからA/D変換器53でディジタル値に変換し、変換されたディジタル値を高速フーリエ変換器54に供給して周波数領域の動脈信号及び静脈信号に変換し、これらを後処理回路55に供給して後処理アルゴリズムを実行することにより、周波数領域の動脈信号から周波数領域の静脈信号を減算することにより、静脈信号には体動成分のみが含まれていることにより、動脈信号に重畳されている体動成分を正確に除去することができ、動脈のみの正確な脈波を検出することができ、この脈波が表示器2に表示される。 Then, outputs the detected pulse wave signal, and pulse wave signals for venous artery pulse wave detection circuit 51 to the individual AGC circuit 52, a digital value by the A / D converter 53 after adjusting the gain automatically by converting to convert the arterial signal and venous signal in the frequency domain the converted digital value is supplied to the fast Fourier transformer 54, and supplies them to the post-processing circuit 55 to perform the post-processing algorithm, by subtracting the venous signal in the frequency domain from the arterial signal in the frequency domain, by only contains body movement component in the venous signal, to accurately remove the body motion component superimposed on the arterial signal can, it is possible to detect an accurate pulse wave of the artery only, the pulse wave is displayed on the display unit 2.

すなわち、人体が安静状態であるときには、体動成分がないことにより、静脈信号が脈動することはなく、動脈信号も心臓の脈動による脈波のみで構成されているので、動脈信号を検出するだけで、正確な脈波を検出することができる。 That is, when the human body is resting state, by no body motion components are not the venous signal pulsates, since the arterial signal is also composed of only the pulse wave due to pulsation of the heart, only detect arterial signal in, it is possible to accurately detect the pulse wave.
しかしながら、人体が運動している場合には、動脈信号が心臓の脈動による脈波に運動量に比例して大きくなる体動成分が重畳されることにより、動脈信号のみを検出した場合には正確な脈波を検出することはできないが、本実施形態のように、静脈信号を検出し、この静脈信号には体動成分のみで構成されていることにより、動脈信号から静脈信号を減算することにより、体動成分を除去した脈波を正確に検出することができる。 However, when the human body is in motion, by body motion component arterial signal increases in proportion to the momentum in the pulse wave due to pulsation of the heart is superimposed, the precise when it detects only the arterial signal Although it is impossible to detect the pulse wave, as in the present embodiment, to detect the venous signal, by being constituted only by the body motion component in the venous signal, by subtracting the venous signal from the arterial signal , it is possible to accurately detect the pulse wave by removing the body motion component. このため、手首に腕時計1を装着するだけで、運動時の脈波検出やリハビリ時の脈波検出を人体に負荷を与えることなく容易且つ正確に行うことができ、脈波測定時に違和感を与えることを確実に防止することができる。 Therefore, only by attaching the watch 1 on the wrist, pulse wave detection of pulse wave detection and rehabilitation during exercise can be done easily and accurately without imposing a load on the human body, discomfort during pulse wave measurement it is possible to reliably prevent the.

しかも、体動成分を検出ために、外部の加速度センサ等の体動検出器を設ける必要がないと共に、動脈と同位置の静脈を検出することにより、外部の体動検出器を設けた場合のように測定位置を同一にすることができないことによる誤差を生じることがなく、正確な脈波を検出することができると共に、全体の構成を小型化することができる。 Moreover, in order detect the body motion components, with no need to provide a body motion detector, such as an external acceleration sensor, by detecting the venous arterial the same position, the case of providing an external body motion detector without causing an error due to inability to equalize the measurement position so, it is possible to accurately detect the pulse wave, it is possible to miniaturize the whole structure.
また、動脈信号及び静脈信号の検出を超広帯域レーダ7によって行うので、従来の発光ダイオードを使用する場合の消費電力(数十mW)に比較して格段に少ない消費電力(数μW)とすることができると共に、測定周期を短期間とすることができるので、全体の消費電力も少なくなり、電池駆動する場合の電池の寿命を長くすることができる。 Further, since the detection of the arterial signal and venous signals by ultra wideband radar 7, it is significantly less power consumption (the number .mu.W) compared to the power consumption when using the conventional light-emitting diodes (several tens mW) it is, because the measurement cycle can be short term, the power consumption of the entire even less, it is possible to increase the life of the battery in the case of battery driving. さらに、腕時計1と手首21との間に隙間がある場合でも、レンジ調整回路32で隙間に応じて延時間を調整することにより、正確な脈波を検出することができる。 Furthermore, even if there is a gap between the wristwatch 1 and the wrist 21, by adjusting the length of time depending on the gap in the range adjustment circuit 32, it is possible to detect an accurate pulse wave. さらにまた、超広帯域レーダ7を使用するので、腕時計1の裏蓋5を合成樹脂製とし、その内側に送信アンテナ18及び受信アンテナ41を配設することができ、腕時計1のハウジング3を合成樹脂で一体成型することができ、脈波検出器付き腕時計を低コストで製造することが可能となる。 Furthermore, since the use of ultra wideband radar 7, the back cover 5 of the wristwatch 1 is made of synthetic resin, it is possible to dispose the transmitting antenna 18 and receiving antenna 41 on its inner side, the housing 3 of the wristwatch 1 synthetic resin in can be integrally molded, a wristwatch with a pulse wave detector it is possible to produce at low cost.

なお、上記実施形態においては、尺骨動脈22b及び尺側皮静脈23bの脈波を検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、橈骨動脈22a及び橈側皮静脈の脈波を検出するようにしてもよく、さらには橈骨動脈22a(又は尺骨動脈22b)と尺側皮静脈23b(又は橈側皮静脈23a)との脈波を検出するようにしてもよい。 In the above embodiment has described the case of detecting the pulse wave of the ulnar artery 22b and the basilic vein 23b, is not limited thereto, detects the pulse wave of the radial artery 22a and cephalic vein it may be, further may detect the pulse wave of the radial artery 22a (or ulnar artery 22b) and the basilic vein 23b (or cephalic vein 23a).
また、上記実施形態においては、インパルス信号発生部11に、プログラマブル遅延回路16を設けた場合について説明したが、これを省略するようにしてもよい。 In the above embodiment, the impulse signal generating unit 11 has described the case of providing the programmable delay circuit 16 may be omitted.

さらに、上記実施形態においては、クロック発生器15で発生されるクロック信号に同期して動脈波及び静脈波を時分割に検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、インパルス遅延信号形成部12にプログラマブル遅延回路31と並列に同様の構成のプログラマブル遅延回路を設け、一方のプログラマブル遅延回路で動脈検出用遅延時間を発生させ、他方のプログラマブル遅延回路で静脈検出用遅延時間を発生させて、一回のインパルス信号の放射で動脈及び静脈での反射インパルス信号を同時に測定するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment has described the case where in synchronization with a clock signal generated by the clock generator 15 for detecting the time division arterial waves and vein wave, it is not limited thereto, the impulse delay signal forming section 12 to the programmable delay circuit of the same structure in parallel with the programmable delay circuit 31 provided to generate a delay time artery detected by one of the programmable delay circuit, generating a delay time for intravenous detected by the other programmable delay by, it may be simultaneously measuring the reflected impulse signals of arterial and venous radiation at a single impulse signal.

さらにまた、上記実施形態においては、本発明を脈波検出器6を腕時計1に設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、腕時計に代えて腕輪等を適用することができる。 Furthermore, in the above embodiment, the present invention has been described for the case in which a pulse wave detector 6 to a wristwatch 1 is not limited thereto, it is possible to apply the bracelet or the like in place of the wristwatch . また、手首の動脈及び静脈を検出する場合に限らず、足や首等の動脈及び静脈であっても容易に脈波を検出することができる。 Further, not limited to the case of detecting the wrist artery and vein, even arteries and veins, such as legs and neck can be easily detected pulse wave.
なおさらに、上記実施形態においては、人間の脈波を検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図6に示すように、腕時計1に代えて首輪61の内側に脈波検出器6を取付け、この首輪61を競走馬、競技馬、競争犬等の首に付けることにより、競走馬等の調教時の脈波を正確に検出することができる。 Still further, in the above embodiment has described the case of detecting a human pulse wave, it is not limited thereto, as shown in FIG. 6, the pulse wave to the inside of the collar 61 in place of the wristwatch 1 mounting the detector 6, this collar 61 racehorses, competition horses, by attaching the neck, such as competitive dogs, it is possible to accurately detect the pulse wave at the time of training, such as racehorses.

また、上記実施形態においては、脈波検出器6に脈波算出部8を一体に設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、脈波算出部8の脈波検出回路51を除く他の部を切り離し、脈波検出回路51及びAGC回路52との間を無線LAN等の近距離無線通信機器を使用して無線通信可能に接続することにより、長時間の脈波記録を行うことが可能となる。 In the above embodiment has described the case of providing the integral pulse wave calculating unit 8 to the pulse wave detector 6, is not limited to this, the pulse wave detection circuit 51 of the pulse wave calculating unit 8 disconnect other parts excluding, by connecting a wireless manner between the pulse wave detection circuit 51 and the AGC circuit 52 by using the short-range wireless communication devices such as a wireless LAN, for a long time of the pulse wave recording it becomes possible.

本発明を腕時計に適用した場合の一実施形態を示す斜視図である。 The present invention is a perspective view showing an embodiment when applied to a wristwatch. 図1の腕時計の裏側を示す斜視図である。 It is a perspective view showing the back side of the wristwatch FIG. 脈波検出器を示すブロック図である。 It is a block diagram showing a pulse wave detector. 超広帯域レーダの送信パルスにおける時間軸上の信号波形と周波数軸上の信号強度を示す図である。 It is a diagram showing a signal waveform and the signal strength on the frequency axis on the time axis in the transmission pulses of the ultra wideband radar. 位相変調方式を使用した場合の送信パルスにおける時間軸上の信号波形と周波数軸上の信号強度を示す図である。 It is a diagram showing a signal waveform and the signal strength on the frequency axis on the time axis in the transmission pulses in the case of using a phase modulation scheme. 本発明を首輪に適用した場合の実施形態を示す図である。 Is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a collar.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…腕時計、2…表示器、3…ハウジング、4…リストバンド、5…裏蓋、6…脈波検出器、7…超広帯域レーダ、8…脈波算出部、11…インパルス信号発信部、12…インパルス遅延信号形成部、13…超広帯域検出部、15…クロック発生器、16…プログラマブル遅延回路、17…インパルス信号発生器、18…送信アンテナ、21…手首、22動脈、22a…橈骨動脈、22b…尺骨動脈、23a…橈側皮静脈、23b…尺側皮静脈、31…プログラマブル遅延回路、32…レンジ調整回路、33…インパルス信号発生器、41……受信アンテナ、42…超広帯域検出器、51…脈波検出回路、52…AGC回路、53…A/D変換器、54…高速フーリエ変換器、55…後処理回路、61…首輪 1 ... watch, 2 ... display, 3 ... housing, 4 ... wristbands, 5 ... back lid 6 ... pulse wave detector, 7 ... ultra wideband radar, 8 ... pulse wave calculating unit, 11 ... impulse signal generation unit, 12 ... impulse delay signal forming section, 13 ... ultra wideband detector, 15 ... clock generator, 16 ... programmable delay circuit, 17 ... impulse signal generator, 18 ... transmitting antenna, 21 ... wrist, 22 arteries, 22a ... radial artery , 22b ... ulnar artery, 23a ... cephalic vein, 23b ... basilic vein, 31 ... programmable delay circuit, 32 ... range adjustment circuit, 33 ... impulse signal generator, 41 ...... receiving antenna, 42 ... ultra wideband detector 51: pulse wave detecting circuit, 52 ... AGC circuit, 53 ... A / D converter, 54 ... fast Fourier transformer, 55 ... post-processing circuit, 61 ... collar

Claims (5)

  1. 動脈の脈動を超広帯域レーダの使用により検出する動脈流検出手段と、静脈の脈動を超広帯域レーダの使用により検出する静脈流検出手段と、前記動脈流検出手段で検出した動脈流信号と、前記静脈流検出手段で検出した静脈流信号とに基づいて体動成分を除く真の脈波成分を算出する脈波算出手段とを備えたことを特徴とする脈波検出器。 And arterial flow detection means for detecting by the use of ultra-wideband radar pulsation of the artery, and venous flow detecting means for detecting the pulsation of a vein by use of ultra-wideband radar, the arterial flow signal detected by the arterial flow detecting means, wherein pulse wave detector, characterized in that a pulse wave calculating means for calculating the true pulse wave component excluding the body motion component based on the venous flow signal detected by the venous flow detection means.
  2. 前記超広帯域レーダは、インパルス信号を検出対象に向けて発信するインパルス信号発信部と、該インパルス信号発信部で発信したインパルス信号の反射信号を検出し、発信したインパルス信号の検出対象に対応する遅延信号をもとに検出対象物の反射信号を抽出する超広帯域検出部とで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の脈波検出器。 The ultra-wideband radar, an impulse signal transmission unit which transmits towards an impulse signal to the detection target, and detects the reflected signal of the impulse signal that originated in the impulse signal transmitter unit, corresponds to the detected outgoing impulse signal delay pulse wave detector according to claim 1, characterized in that it is composed of an ultra wide band detection unit for extracting a reflected signal of the detection target object signal based.
  3. 前記動脈流検出手段及び静脈流検出手段は、インパルス信号を検出対象に向けて発信するインパルス信号発信部と、該インパルス信号発信部で発信したインパルス信号に対して動脈での反射波及び静脈での反射波に対応する遅延時間分遅延させたインパルス遅延信号を形成するインパルス遅延信号形成部と、前記インパルス信号発信部で発信したインパルス信号の反射信号を検出し、検出した反射信号と前記インパルス遅延信号形成部で形成したインパルス遅延信号とに基づいて動脈反射信号及び静脈反射信号を選択的に抽出する超広帯域検出部とで構成される広帯域レーダと、広帯域レーダで検出した動脈反射信号及び静脈反射信号に基づいて動脈波及び静脈波を検出する脈波検出手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の脈 The arterial flow detecting means and venous flow detection means, an impulse signal transmission unit which transmits towards an impulse signal to be detected, in the reflected wave and venous arterial against impulse signal that originated in the impulse signal transmitter unit an impulse delay signal forming section for forming an impulse delay signal obtained by delaying the time delayed corresponding to the reflected wave, to detect the reflected signal of the impulse signal that originated in the impulse signal transmitter unit, detected reflected signal and the impulse delayed signal wideband radar composed of an ultra wide band detector to selectively extract the arterial reflected signals and venous reflected signal based on the impulse delay signal formed by forming portions, arterial reflected signals and venous reflected signal detected by the broadband radar pulse according to claim 1, characterized in that it comprises a pulse wave detecting means for detecting the arterial waves and vein wave based on 検出器。 Detector.
  4. 前記請求項1乃至3の何れか1つに記載の脈波検出器を腕時計に組込んだことを特徴とする脈波検出装置。 Pulse wave detecting apparatus characterized by incorporating a wristwatch pulse wave detector according to any one of claims 1 to 3.
  5. 前記請求項1乃至3の何れか1つに記載の脈波検出器を動物の首輪に組込んだことを特徴とする脈波検出装置。 The pulse wave detecting apparatus of the pulse wave detector, characterized in that incorporated into the animal's collar according to any one of claims 1 to 3.
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