JP2013212320A

JP2013212320A - 生体情報測定装置

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Publication number: JP2013212320A
Application number: JP2012085205A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Yokoyama; 敏彦横山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: JP6010982B2

Abstract

【課題】簡単な装着法で生体情報をより安定して取得できる生体情報測定装置を提供する。
【解決手段】生体情報測定装置は、装置本体を手首に装着するバンド機構を備えた生体情報測定装置であって、バンド機構を介して伝達された張力が装置本体の手首に対する押圧変化となって生ずる脈波形で、装着条件で異なる押圧によって得られるいくつかの異なる脈波形の波形変化の特徴をパラメーター化するパラメーター化手段７２１と、パラメーター化手段７２１のパラメーターより装着パラメーター列を作成し、装着パラメーター列の中から最適な装着条件に応じた最適パラメーター値を選択する最適パラメーター選択手段７２２と、最適パラメーター値に基づいてバンド張力を設定する張力設定手段７２３と、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、生体情報検出用電気光学装置を備えた生体情報測定装置に関する。

従来、脈拍、脈波などの生体情報を測定する機能を有する腕時計が知られている。腕時計底部には光電センサーが設けられ、脈拍に同期して起こる血管の拡張による赤血球の数の変化を光電脈波として検出することで脈拍や脈波を検出するものである。（例えば、非特許文献１、及び非特許文献２参照。）この光電脈波の強度は個人差や、装着条件、あるいは装着部の運動状態により大きく変動する。必要な信号レベルを得るためには、所定の押圧で体表に接触するよう装着することが有効であると分かっている。これを実現する従来技術として腕時計の体表接触面に圧力センサーを設け、脈拍計の装着時当該センサーの値が所定の値になるよう利用者に通知し最適な装着状態になるよう促すという方法がある。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００９−１９５７２２号公報

セイコーパルスグラフの開発（センサー編）日本時計学会Ｎｏ．１６０（１９９７）セイコーパルスグラフの開発（回路システム編）日本時計学会Ｎｏ．１６２（１９９７）

しかしながら特許文献１の従来の装着技術では、光電センサーとは、別に圧力センサーを実装するする必要があり光電センサーと皮膚の接触部の圧力を直接検出することはできないために最適値との誤差が生じ易く、また小型化実装や低コスト化の制限となるという課題があった。さらに手首の形状や内部構造の非対称性などによって腕の突起部がベルト張力を大きくするなどのため、バンド部材やケース体の各部に配置された圧力センサーの値が必ずしも光電センサーと皮膚の接触圧力を正しく反映しない場合もあり、最適な押圧で光電センサーを皮膚に接触させることが保証されていないという課題があった。また一般的には、光電脈波の最大振幅そのものを最大にするという装着法も可能であるが、振幅は、装着部の状態に応じて変わるため装着するごとに最適値を探す必要がありこれも腕時計装着時の利用者の利便性を損なうものである。

本発明は、最適な装着条件を簡単に実現するという課題を解決することを目的としたものであり、簡単な装着法で生体情報をより安定して取得できる生体情報測定装置を実現することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る生体情報測定装置は、装置本体を手首に装着するバンド機構を備えた生体情報測定装置であって、前記バンド機構を介して伝達された張力が前記装置本体の前記手首に対する押圧変化となって生ずる脈波形で、装着条件で異なる押圧によって得られるいくつかの異なる該脈波形の波形変化の特徴をパラメーター化するパラメーター化手段と、前記パラメーター化手段の前記パラメーターより装着パラメーター列を作成し、該装着パラメーター列の中から最適な装着条件に応じた最適パラメーター値を選択する最適パラメーター選択手段と、前記最適パラメーター値に基づいてバンド張力を設定する張力設定手段と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、利用者がバンド機構により装置本体を手首に装着する場合、光電センサーからは、皮膚直下の細動脈の脈動が装置による手首表面への押圧に応じた振幅の脈波信号として検出される。最適な装着条件とは脈波検出感度が最大となる条件であって、即ち、脈波信号振幅が最大となる条件である。この最適条件を常に実現することが測定値の信頼性及び安定性にとって最も重要である。本適用例では、押圧に対する光電脈波信号の振幅の変化特性を最適パラメーター値を含む一連の装着パラメーター列として保持し、測定したパラメーターと保持されている最適パラメーター値とを比較することで、最適な装着条件を実現できるよう利用者がバンドの張力を制御することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の生体情報測定装置において、前記パラメーターは、脈波の一周期内における脈波振幅及び信号継続時間と周期の比であるデューティー比とからなる数値の組であり、前記最適パラメーター値は、押圧に対する脈波振幅とデューティー比との組の中で押圧変化に対し最大振幅をもつ周期におけるパラメーターであることを特徴とする。

本適用例によれば、押圧により変わる光電脈波信号の特徴は、一拍周期内における脈波振幅及び信号継続時間と周期の比であるデューティー比とからなる一組の数値として特徴付けられる。前記デューティー比は血管内圧と血管に印加される血管外圧、即ち前記押圧から生成される血管への外部圧力のみにより決まることが医学的に認知されている。したがって押圧の間接的測定の変わりに前記デューティー比を用いることで光電脈波センサーと皮膚との接触状態が直接的に検出できることになる。前記デューティー比を検出し最適条件と比較することで装着する度に変化する張力や、それにより生成される押圧など誤差の多いパラメーターに基づくことなく最適条件を決定することができる。これにより装着条件の安定性を向上させることができる。

［適用例３］上記適用例に記載の生体情報測定装置において、脈拍を検出する過程で前記パラメーター化手段の前記パラメーターと前記最適パラメーター値との乖離状態を検出する乖離状態検出手段と、前記乖離状態検出手段の出力に基づいて使用者に測定の可否或いは前記バンド機構の占め具合の情報を表示する装着状態表示手段と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、通常の脈拍検出の過程において常にデューティー比を測定し、使用開始時、あるいは定期的に行われる校正において取得した利用者自身の血管物性に基づいて現状の装着状態が最適値とどの程度乖離しているかを判断しその情報を利用者に提供することができる。これにより利用者は、バンド機構を用いて必要な張力調整を行い測定の安定度、あるいは測定データの確実度を常に最適状態に保つことができる。

本実施形態に係る腕時計型脈拍計を示す正面図。本実施形態に係る腕時計型脈拍計を示す底面図。本実施形態に係る腕時計型脈拍計を手首上部に装着した状態を示す図。図３に示す腕時計型脈拍計のＡ断面に沿う模式断面図。本実施形態に係る腕時計型脈拍計のバンド機構を示す図。図２に示す光電センサー部の内部構成及び動作説明図。本実施形態に係る腕時計型脈拍計を示す内部回路図。図２に示す光電センサー部の回路構成図。本実施形態に係る腕時計型脈拍計のメモリーの構成を示す図。本実施形態に係る通常動作時の光電脈波信号例を示す図。本実施形態に係る血管の従う管法則の説明図。本実施形態に係る血管に対する外部圧力と脈拍との関係を模式的に示す図。本実施形態に係る装着時又は最適装着条件を探すときの光電脈波信号例を示す図。本実施形態に係る腕時計型脈拍計のパラメーターの構成を示す図。本変形例における腕時計型脈拍計を示す装着断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の本実施形態では、生体情報測定装置の一例として腕時計型脈拍計を挙げて説明する。さらに以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度は実際とは異なるものである。

図１は、本実施形態に係る腕時計型脈拍計を示す正面図であり、図２は、腕時計型脈拍計を示す底面図である。また図３は、腕時計型脈拍計を手首上部に装着した状態を示す図である。さらに図４は、図３に示す腕時計型脈拍計のＡ断面に沿う模式断面図である。
まず、本実施形態の脈拍計としての腕時計型脈拍計１００の概略構成について説明する。

腕時計型脈拍計１００は、手首３００に装着される装置本体としてのケース体１０４及び手首３００にケース体１０４を固定するためのバンド機構２００から構成される。

ケース体１０４は直方体状に形成され、樹脂などの材料から形成されており、その内部には、時計機能を実現する時計計時部１３０と脈波信号を処理する光電脈波処理部１３１が設けられている。光電脈波処理部１３１には光電センサー部１２０が接続されている。ケース体１０４の上部開口部には時計ガラス１０３が設けられており、その直下には装着状態表示手段として表示部１０２が配置されている。

図５は、本実施形態に係る腕時計型脈拍計１００のバンド機構を示す図である。図５を用いて利用者が加える張力と光電センサー部１２０が手首上部３０１を押し付ける押圧との関係をさらに説明する。利用者がバンド部材２０２の先端に加える締付け力Ｆ１は、バンド折り返し２０１を経由してバンド部材２０２の張力ｆ１へ変化し、手首３００に沿ったバンド部材２０２を経てケース体１０４に印加される締付け力Ｆ２となる。この締付け力Ｆ２の手首３００中心方向の分力が最終的に光電センサー部１２０が手首３００に加える押圧Ｆ３となる。手首３００は人体の手首であり、橈骨３０３或いは尺骨３０２の大きさや形状、或いは配置など個人差が大きく、バンド部材２０２が手首３００と接触する部分の角度等を一意的に決定することはできない。またバンド部材２０２には、尺骨動脈３０４や橈骨動脈３０５の脈動に起因する張力変動も重畳する。このことは、締付け力Ｆ１と押圧Ｆ３との関係を一意的に決めることができないことを示しており、押圧Ｆ３に依存する光電脈波信号（後述）を締付け力Ｆ１により決めることができないことを示している。

ここで光電センサー部１２０による脈波検出の仕組みについて説明すると、血中ヘモグロビンは、ある波長帯の光に強い吸収スペクトルをもっている。皮膚直下の細動脈網３０６は脈拍に従って容積が変動しているため、体積あたりの血中ヘモグロビンの濃度も脈拍に従い変動する。ヘモグロビンに吸収され易い光を手首３００に照射すると照射波の一部はヘモグロビンにより吸収され、残りは血液中の様々な物質により散乱され、その一部は反射波として再び手首表面上で検出される。またこの反射波はヘモグロビンの少ないときに多く観測され、ヘモグロビンが多いと少なく観測される。すなわち反射波は容積変動と逆の位相をもつ強度変動として観測される。したがって反射光の強度変動を電気信号に変換することで脈拍に連動した脈波形（光電脈波）を検出することができる。

図６に本実施形態における光電センサー部１２０の構造を示す。
図６は、図２に示す光電センサー部１２０の内部構成及び動作説明図である。これは図４の断面図において光電センサー部１２０を拡大したものである。光電センサーケース１２４内に発光部１２１及び受光部１２２を取り付けたセンサー基板１２３が備えられており、この光電センサーケース１２４は、さらにケース体１０４に取り付けられている。光電センサーケース１２４の下部は照射光６０３や、微弱な反射光６０４を検出するために開口しており、また物理的及び化学的に外界から障害されないよう保護ガラス１２５によって保護されている。この構成において照射光６０３が照射され皮膚境界面６２０を経由し皮膚表層部６２１に到達する。照射光６０３は、細動脈網３０６内の脈動に起因するヘモグロビンの増減による吸収量の差からその一部が散乱され、さらにまたその一部が反射光６０４として受光部１２２で検出されることになる。

＜腕時計の内部構成＞
次に腕時計型脈拍計１００の内部構成について説明する。
図７は、本実施形態に係る腕時計型脈拍計１００を示す内部回路図である。図７に示すよう腕時計型脈拍計１００内部には各種の演算などを行うＣＰＵ７０１、ＣＰＵ７０１の作業領域、あるいは装着状態を判定する数値パラメーターなどを格納するＲＡＭ７０３、腕時計型脈拍計１００がもつ機能を実現するために必要なプログラムなどが記憶されたＲＯＭ７０４、利用者が操作指示入力等を行うための入力部７０２、発信回路部７０５から発信される所定の周波数のクロック信号を分周し年月日、時刻を計数しＣＰＵ７０１に出力する計時回路部７０６、また光電センサー部１２０、さらに計時情報や脈拍情報を表示し、必要に応じて利用者に各種指示をするための表示部１０２が配置されており、ＣＰＵ７０１と接続されている。また各部は電源回路７３０からの電力により駆動されている。

図８は、図２に示す光電センサー部１２０の回路構成図である。
光電センサー部１２０について、図７、図８を用いて説明すると、光電センサー部１２０は、腕時計型脈拍計内部の動作により発生する動作ノイズの影響を防ぐため、電源回路７３０より腕時計内部７００とは、異なる電力系統として電源線７３１及び接地線７３２を用いて駆動される。発光部１２１は発光制御部８０１により制御され、発光光量が常に等しくなるよう制御される。さらに発光制御部は、発光制御信号線７１１経由でＣＰＵ７０１に接続され、脈拍計測が必要な場合だけ発光するように制御される。例えば電力消費を抑えるために間歇的に発光するようにも制御される。また受光部１２２は受光制御部８０２により最適な感度になるよう制御され、受光制御信号線７１２により計測が必要な場合のみ動作するようＣＰＵ７０１から制御されている。受光部１２２及び受光制御部８０２で検出された反射波は、光電脈波信号線７１３経由で光電脈波処理部１３１に接続される。光電脈波処理部１３１において光電脈波信号は、増幅回路部７１０で所定の信号レベルに増幅された後、フィルター回路部７１４で必要周波数成分のみを取り出し、さらにＡＤＣ７１８によりデジタル化されＣＰＵ７０１にデータとして取り込まれる。ＣＰＵ７０１に取り込まれたデータは、ＲＡＭ７０３に記憶され脈拍数の計測等ＣＰＵ７０１の処理に用いられる。

図９は、本実施形態に係る腕時計型脈拍計１００のメモリーの構成を示す図である。具体的には、図９は、図７のＲＡＭ７０３及びＲＯＭ７０４の内部構成を示したものであり、ＲＡＭ７０３は装着パラメーター列記憶領域７５１、最適パラメーター記憶領域７５２、波形記憶領域７５３、及び作業領域７５４から構成される。またＲＯＭ７０４内には、ＣＰＵ７０１の動作を制御するシステムプログラム７４６、乖離状態検出プログラム７４５、最適値選択プログラム７４４、脈拍計数プログラム７４３、最適パラメーター選択プログラム７４２、パラメーター化プログラム７４１、などが格納されている。

パラメーター化手段としてのパラメーター化部７２１は、ＣＰＵ７０１にパラメーター化プログラム７４１がロードされ実行することで光電脈波処理部１３１からの光電脈波信号から得られる脈波信号の特徴をパラメーター化する機能を有する。パラメーター化部７２１は、バンド機構２００を介して伝達された張力が腕時計型脈拍計１００の手首３００に対する押圧変化となって生ずるいくつかの異なる脈波形の波形変化の特徴をパラメーター化する。

最適パラメーター選択手段としての最適パラメーター選択部７２２は、ＣＰＵ７０１に最適パラメーター選択プログラム７４２がロードされ実行することで、押圧に応じ変わる光電脈波信号のパラメーターをパラメーター化部７２１の出力として取り込む。最適パラメーター選択部７２２は、パラメーター化部７２１のパラメーターより装着パラメーター列を作成する。最適パラメーター選択部７２２は、装着パラメーター列の中から最適な装着条件に応じた最適パラメーター値を選択する。

張力設定手段は、ケース体１０４に接続され手首３００に装着するためのバンド部材２０２と、バンド折り返し２０１、バンド固定部２０３、及び最適値選択部７２３からなる。利用者が腕時計型脈拍計１００を装着する場合にバンド部材２０２に必要な張力を与えると、最適値選択部７２３は、脈拍を検出する過程でパラメーター化部７２１のパラメーターと最適パラメーター値との乖離状態を検出する。これに従って利用者はバンド部材２０２の張力を修正し、最適値になった時点でバンド固定部２０３により最適値を維持する。また最適値選択部７２３は、ＣＰＵ７０１にＲＯＭ７０４から最適値選択プログラム７４４がロードされ、実行することで機能するものである。

また現在の脈波信号のパラメーター化部７２１のパラメーターと最適パラメーター値との乖離を検出する乖離状態検出手段としての乖離状態検出部７２４は、ＣＰＵ７０１にＲＯＭ７０４から乖離状態検出プログラム７４５がロードされ実行されることで機能する。

＜脈拍計測＞
図１０は、本実施形態に係る通常動作時の光電脈波信号例を示す図である。即ち、光電センサー部１２０及び光電脈波処理部１３１によって処理されＣＰＵ７０１で取得されＲＡＭ７０３の波形記憶領域７５３に保存されたデータをプロットした光電脈波信号例である。脈拍計測においてＣＰＵ７０１は、ＲＯＭ７０４の脈拍計数プログラム７４３を起動する。脈拍計数プログラム７４３によりＣＰＵ７０１は、前記データからなるデータ列を逐次比較し増加から減少に移る点、即ち、極大となる点を求め頂点９０１を決定する。同時に時計計時部１３０よりその時点の時刻ｔ１を決定し頂点情報とともにＲＡＭ７０３に記録する。光電脈波信号は、さらに減少し底部９１１で最小となった後再び増加に転ずる。底部９１１の時刻ｓ１も同様に記録される。以下同様に次に再び増加から減少に転ずる点を頂点９０２、その時刻をｔ２、減少から増加に転ずる点を底部９１２、以下同様に頂点９０３及び時刻ｔｎ、底部９１３、その時刻ｓｎ−１、底部９１４、その時刻ｓｎを決定し、波形記憶領域７５３に記録する。
こうして得られＲＡＭ７０３に記録された時刻列ｔ１，ｔ２，…，ｔｎより脈拍計数プログラム７４３は、（ｎ−１）個の時刻の差を平均処理したものとして平均脈拍間隔を計算する。さらに脈拍計数プログラム７４３は、平均脈拍間隔の逆数演算により脈拍数を算出する。この脈拍数はＲＡＭ７０３の作業領域７５４に保存され、同時に脈拍数表示１１０のように表示部１０２に現時点の脈拍数として表示される。

さて図１０は代表的な光電脈波の例であるが、実際の装置では個人差や、締付け力Ｆ１が不十分である場合など装着状態によって光電脈波信号が所定の強度以下になり脈拍を計測できない場合が発生する。これを改善するため締付け力Ｆ１、さらには押圧Ｆ３を積極的に利用して信号強度を強める方法が提案されている。これについて管法則を示す図１１を用いて説明する。
一般に動脈は管法則に従うことが医学的に認知されている。
図１１は、本実施形態に係る血管の従う管法則の説明図である。言い換えると、図１１は、横軸が血管の内部と外部の圧力差、本適用例でいえば血圧と押圧の差を横軸としてそのときの体積を縦軸としてグラフ化したものである。図１１によれば、同一の脈拍ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３，ＴＰ４に対して体積変動はそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４であり、同じ圧力変動に対して血管内外の圧力差が異なる場合には体積変動は大きく異なることが分かる。血圧の変動は、一拍ごとにはほぼ同じであり、脈拍変動に対する血管の容積変動は押圧に大きく依存することを意味している。光電脈波信号の例では、押圧は血管の体積変動を通じヘモグロビン数の変動となり光電脈波信号の信号強度に大きな影響を与えることになる。つまり管法則、図１１によれば押圧を加えることで、非加圧の場合に比較して、より大きな光電脈波信号を採れ、装置の信頼性及び安定性の向上を図ることができる。

＜パラメーター化部＞
図１２は、本実施形態に係る血管に対する外部圧力と脈拍との関係を模式的に示す図である。図１２においては、説明を簡単にするため図１１の管法則は無視して考えることとする。基本脈拍列１１０１において血管の体積変化を模式的に三角形の連続として表現する。この基本脈拍列１１０１に直線的に変化する押圧変化１１０２が加わったとすると、押圧変化１１０２の下側の部分では、力の差から血管の体積変化は起こらず、血管の体積は脈拍列１１０３のように変化する。図１２から押圧と一拍周期中の信号と無信号の比（Ｔ¹ ₁／Ｔ¹ ₂₎と（Ｔⁿ ₁／Ｔⁿ ₂）とは互いに反比例することが分かる。

実際の血管では、この脈拍列１１０３に対し図１１で示される管法則が作用するため脈拍の振幅、即ち、信号強度は押圧に従って変化することになるが、押圧が同じ場合には、一拍周期内の信号デューティー比は一定である。即ち、デューティー比は押圧のみで決まりその他の装着条件には無関係である。このことから、押圧を直接測らなくても比Ｔⁿ ₁／Ｔⁿ ₂を計測することで押圧の光電脈波信号に対する影響度を定量化することができる。

パラメーター化部７２１は、比Ｔⁿ ₁／Ｔⁿ ₂が押圧により一意的に決まることを用いて光電脈波信号をパラメーター化するものである。パラメーター化部７２１は、通常の脈拍計数処理において脈拍計数プログラム７４３が起動される場合、腕時計型脈拍計１００を初めて使用するときなどの押圧変化に対する最適パラメーター値を選択する場合、あるいは、利用者が腕時計型脈拍計１００を装着する場合、のそれぞれで機能する。
図７、図１３を用いて本実施形態におけるパラメーター化部７２１の動作を説明する。
図１３は、本実施形態に係る装着時又は最適装着条件を探すときの光電脈波信号例を示す図である。パラメーター化部７２１は、時計計時部１３０からの信号に基づき一定の時間間隔τで光電脈波信号線７１３からＡＤＣ７１８を通じて光電脈波信号をデジタル的に取得する。パラメーター化部７２１は、波形記憶領域７５３に保存されたデータからなるデータ列を逐次比較し光電脈波信号が減少から増加に移る点、すなわち極小となる点を求め底部Ｂ０を決定する。同時に時計計時部１３０よりその時点の時刻Ｓ０を決定しＲＡＭ７０３の作業領域７５４に記録する。光電脈波信号は、さらに増加し頂点Ｐ１で極大となった後再び減少に転ずる。頂点Ｐ１における波高値Ａ１、その時刻Ｔ１も同様に作業領域７５４に記録される。さらに引き続き減少から増加に転ずる点を底部Ｂ１とし同様にその時刻Ｓ１を作業領域７５４に記録する。パラメーター化部７２１は、作業領域７５４に記録されたデータから式（１）により当該１拍周期におけるデューティー比Ｄ１を算定することができる。
Ｄ１＝（Ｔ１−Ｓ０）／（Ｓ１−Ｓ０） …（１）
さらにパラメーター化部７２１は、デューティー比Ｄ１と、既に記録された波高値Ａ１とを一対として、パラメーター７５５（図１４参照）として作業領域７５４に記録する。
図１４は、本実施形態に係る腕時計型脈拍計１００のパラメーターの構成を示す図である。

＜最適パラメーター選択部＞
管法則によれば細動脈網３０６が同一の圧力変動に対し、最大の体積変動を生ずるのは血圧と押圧の差が０の付近である。医学的には、このときの血圧値は平均血圧付近であると認知されている。したがって細動脈網３０６の平均血圧に等しい押圧が加わったとき光電脈波信号の振幅は最大となり、最適な装着状態となる。押圧を変化させながら光電脈波信号を測定し、パラメーター化部７２１により一拍周期内の振幅と、デューティー比からなるパラメーター７５５を測定し、そのデータ列を記録するとともに、最大振幅時のデューティー比を最適デューティー比として記憶しておき、測定ごとのデューティー比を比較することで測定条件の評価ができる。

本実施形態における最適パラメーター選択部７２２の動作を図７、図１３、図１４を参照しながら各部の動作を説明する。最適パラメーター選択部７２２は、利用者が腕時計型脈拍計１００を初めて使用する場合、あるいは、利用者が必要に応じてスイッチ１０５を押下し入力部７０２を接続することでＣＰＵ７０１に最適パラメーター選択部７２２を機能させるよう指示することで機能する。最適パラメーター選択部７２２が機能するとＣＰＵ７０１は、表示部１０２を通じて利用者に最適パラメーター選択モードに入ったことを知らせ、同時に加圧指示表示１０６を点灯し加圧を指示する。加圧指示表示１０６が点灯すると利用者は、手首上部３０１の使用説明書などで推奨された位置に腕時計型脈拍計１００を置き、バンド機構２００のバンド固定部２０３を引き上げることでケース体１０４に押圧Ｆ３を発生させる。同時に最適パラメーター選択部７２２は、パラメーター化部７２１をさらに機能させパラメーター７５５を取得する。
こうして図１３において押圧Ｏ１に対するパラメーターとして波高値Ａ１及びデューティー比Ｄ１からなる組を得、一番目のパラメーターであることを示す添字”１”とともに装着パラメーター列７５６として装着パラメーター列記憶領域７５１に格納する。これにより最適パラメーター選択部７２２は第一番目の脈波の計測を終了する。

最適パラメーター選択部７２２は再度加圧表示指示を点灯し第２番目の計測を開始する。利用者は、バンド機構２００のバンド固定部２０３を引き上げる力を増やすことで押圧を強くする。最適パラメーター選択部７２２は、さらにパラメーター化部７２１を機能させ改めて底部Ｂ１を検出し、頂点Ｐ２、その時刻Ｔ２、その波高値Ａ２を検出する。最適パラメーター選択部７２２は、波高値が所定のレベルであれば加圧レベル表示１０７をさらに一つ追加表示し、底部Ｂ２の時刻Ｓ２を計測することによって式（１）と同様の計算で第２回目の計測において押圧Ｏ２の基でのデューティー比Ｄ２、波高値Ａ２を得て２番目の測定を示す恭字”２”とともに装着パラメーター（２，Ｄ２，Ａ２）として装着パラメーター列記憶領域７５１に格納する。これにより２回目の計測を終了する。
同様な計測を１０回繰り繰り返すことで波高値Ａ１及びデューティー比Ｄ１の組から波高値Ａ１０及びデューティー比Ｄ１０の組まで１０個の装着パラメーター列を得ることができる。

最適パラメーター選択部７２２は、こうして得られた装着パラメーター列の中から各振幅値Ａ１，Ａ２，…，Ａ１０の値を比較し最も振幅が大きくなる押圧を最適パラメーター値として決定し最適パラメーター記憶領域７５２に格納する。図１３の例では頂点Ｐ５が最適装着条件であり最適パラメーター値は（５，Ｄ５，Ａ５）である。

なお計測過程において、波高値Ａが所定のレベル以下であれば最適パラメーター選択部７２２は、加圧指示表示１０６を点滅し所定のレベルまで押圧を引き上げるよう利用者に指示し、また波高値Ａが所定のレベル以上であれば、減圧指示表示１０８を点滅し所定のレベルに押圧を減らすよう利用者に指示をする。計測は波高値が所定のレベルに設定された後行われることを付記しておく。

＜腕時計の装着＞
最適パラメーター選択部７２２により装着パラメーター列が決定された後、腕時計型脈拍計１００は、脈拍計として利用者の通常の使用が可能となる。本実施形態により利用者が腕時計型脈拍計１００を装着する装着法を各部の動作に基づき説明する。
腕時計型脈拍計１００を装着する場合利用者は、スイッチ１０９を押下し入力部７０２を通じＣＰＵ７０１に装着開始を指示する。これにより最適値選択部７２３が機能を開始し加圧指示表示１０６を点滅する。利用者は同時に使用説明書などで推奨され、最適条件の決定過程で置いた手首上部位置に腕時計型脈拍計１００を置き、さらに張力設定手段の一部であるバンド固定部２０３を上方に引上げ徐々に締付け力Ｆ１を増やしながら締付け力Ｆ２を増やしていく。最適値選択部７２３は、パラメーター化部７２１をさらに機能させ脈波計測を開始する。この過程を繰り返すことで最適値選択部７２３は、（Ａ１’，Ｄ１’），（Ａ２’，Ｄ２’）…なるパラメーター列を得る。波高値Ａ１’，Ａ２’，…は、人体の状態や装着部位の微妙な違いによって異なるが、図１２の説明の通りデューティー比Ｄ１’，Ｄ２’，…は、最適条件のデューティー比Ｄ１，Ｄ２，…のどれかに等しい値をとる。利用者が加圧指示表示１０６の指示により締付け力Ｆ２を増やしていくことで最適値選択部７２３は、デューティー比Ｄ１’，Ｄ２’，…を取得し、図１３の例では、デューティー比がデューティー比Ｄ５と同じ値になると押圧Ｏ５が最適になったと判断する。ここで最適値選択部７２３は、加圧指示表示１０６の点滅を止め、利用者はバンド固定部２０３でバンドを固定する。このようにして利用者は最適な脈波信号が得られる状態でバンドを固定することができる。

＜計測レベル算出＞
本実施形態では通常の脈拍測定において、測定の安定性を検出し利用者に対し装着条件の改善を促すこともできる。これについて内部動作に基づく説明をする。
通常の装着時は、脈拍計数プログラム７４３が起動し同時に乖離状態検出部７２４も機能している。脈拍計数プログラム７４３は、一拍周期ごとにさらにパラメーター化部７２１を機能させ周期のデューティー比を決定し、さらに乖離状態検出部７２４は、デューティー比と最適パラメーター記憶領域７５２に格納されているパラメーターのデューティー比、例えば、図１３の例では、デューティー比Ｄ５とを比較し、ほぼ等しければ最適な装着が維持されていると判断する。デューティー比がデューティー比Ｄ５より小さい場合は押圧が少ないと判断でき、表示部１０２は、加圧指示表示１０６を用いてこれを点滅し利用者に知らせる。またデューティー比がデューティー比Ｄ５より大きい場合は、表示部１０２は、減圧指示表示１０８を用いてこれを点滅し利用者に改善を求めることができる。表示部１０２は、乖離状態検出部７２４の出力に基づいて利用者に測定の可否或いはバンド機構２００の占め具合の情報を表示する。

以上述べたように、本実施形態の腕時計型脈拍計１００によれば、以下の効果を得ることができる。
手首上部と腕時計底面の間に圧力センサーを配置し腕時計型脈拍計の装着状態をモニターする方法と比較し、光電センサー部の状態と手首との装着状態を光電脈波信号のディーティ比としてパラメーター化することで光電センサーの装着場所での状態を直接的に数値として把握し、さらにこれを利用者に提供することでより信頼性の高い、安定性のある装着法を提供できる。また、通常の脈拍計測の計測よりも押圧による光電脈波信号の変化を正確に把握でき利用者に正しいフィードバックをすることで測定の精度の向上に寄与できる。さらに圧力センサー及びその付加回路などが不要でありより小型の実装や、部品費の低減に寄与できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した本実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例）
図１５は、本変形例に係る腕時計型脈拍計を示す装着断面図である。上記実施形態では、図４のように光電センサーが腕時計型脈拍計１００と手首上部３０１との間に配置された構成として説明したが、本発明はこの構成に限定するものではない。以下本変形例に係る腕時計型脈拍計１３００について説明する。なお、上記実施形態と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。本変形例ではバンド機構に移動部１３０３を設け、移動部１３０３に光電センサー部１２０を配置し、さらにバンド部材２０２に沿って光電センサーを駆動するための信号線束１３０４を設けたことを特徴とする。本実施形態では、腕時計型脈拍計１００と手首上部３０１と間に光電センサーが配置されることで、手首サイズの違いはある程度緩和される。一方バンドに光電センサーを装着すると手首サイズの違いにより最適位置に光電センサー部１２０を配置できるとは限らない。本変形例においては、光電センサー部１２０を移動できるようにすることで様々な手首サイズに応じて最適なセンサー位置を選択できるようになっている。一般に人体においては、体表直下の細動脈分布は体側より体内側の方が多いことが知られている。手首部における光電脈波信号計測では、センサー接触面直下の細動脈網３０６の量が光電脈波信号検出に大きな影響をもつため手首上部３０１よりも手首内側部の方がより大きな光電脈波信号が検出できる。したがって光電センサーをバンド機構内に設けることは光電センサーの性能向上に有効であるが、バンド機構はサイズが限定されており、従来の方法では最適な装着条件の設定及び維持が非常に困難であった。本実施形態により限定バンド機能内に光電センサーを装着し、さらに最適な装着法を提供することが可能となった。

以上述べたように、本変形例に係る腕時計型脈拍計１３００によれば、光電センサーを手首内側部分に設置でき、上記実施形態によるサイズ限定された装着部位での装着条件の最適化という効果とともに小型でしかも信頼性及び安定性のある脈拍計を提供できる。

１００…腕時計型脈拍計１０２…表示部（装着状態表示手段）１０３…時計ガラス１０４…ケース体１０５…スイッチ１０６…加圧指示表示１０７…加圧レベル表示１０８…減圧指示表示１０９…スイッチ１１０…脈拍数表示１２０…光電センサー部１２１…発光部１２２…受光部１２３…センサー基板１２４…光電センサーケース１２５…保護ガラス１３０…時計計時部１３１…光電脈波処理部２００…バンド機構２０１…バンド折り返し２０２…バンド部材（張力設定手段）２０３…バンド固定部（張力設定手段）３００…手首３０１…手首上部３０２…尺骨３０３…橈骨３０４…尺骨動脈３０５…橈骨動脈３０６…細動脈網６０３…照射光６０４…反射光６２０…皮膚境界面６２１…皮膚表層部７００…腕時計内部７０１…ＣＰＵ７０２…入力部７０３…ＲＡＭ７０４…ＲＯＭ７０５…発振回路部７０６…計時回路部７１０…増幅回路部７１１…発光制御信号線７１２…受光制御信号線７１３…光電脈波信号線７１４…フィルター回路部７１８…ＡＤＣ７２１…パラメーター化部（パラメーター化手段）７２２…最適パラメーター選択部（最適パラメーター選択手段）７２３…最適値選択部（張力設定手段）７２４…乖離状態検出部（乖離状態検出手段）７３０…電源回路７３１…電源線７３２…接地線７４１…パラメーター化プログラム７４２…最適パラメーター選択プログラム７４３…脈拍計数プログラム７４４…最適値選択プログラム７４５…乖離状態検出プログラム７４６…システムプログラム７５１…装着パラメーター列記憶領域７５２…最適パラメーター記憶領域７５３…波形記憶領域７５４…作業領域７５５…パラメーター７５６…装着パラメーター列８０１…発光制御部８０２…受光制御部９０１〜９０３…頂点９１１〜９１４…底部１１０１…基本脈拍列１１０２…押圧変化１１０３…脈拍列１３００…腕時計型脈拍計１３０３…移動部１３０４…信号線束。

Claims

装置本体を手首に装着するバンド機構を備えた生体情報測定装置であって、
前記バンド機構を介して伝達された張力が前記装置本体の前記手首に対する押圧変化となって生ずる脈波形で、装着条件で異なる押圧によって得られるいくつかの異なる該脈波形の波形変化の特徴をパラメーター化するパラメーター化手段と、
前記パラメーター化手段の前記パラメーターより装着パラメーター列を作成し、該装着パラメーター列の中から最適な装着条件に応じた最適パラメーター値を選択する最適パラメーター選択手段と、
前記最適パラメーター値に基づいてバンド張力を設定する張力設定手段と、
を有することを特徴とする生体情報測定装置。
前記パラメーターは、脈波の一周期内における脈波振幅及び信号継続時間と周期の比であるデューティー比とからなる数値の組であり、
前記最適パラメーター値は、押圧に対する脈波振幅とデューティー比との組の中で押圧変化に対し最大振幅をもつ周期におけるパラメーターであることを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
脈拍を検出する過程で前記パラメーター化手段の前記パラメーターと前記最適パラメーター値との乖離状態を検出する乖離状態検出手段と、
前記乖離状態検出手段の出力に基づいて使用者に測定の可否或いは前記バンド機構の占め具合の情報を表示する装着状態表示手段と、
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の生体情報測定装置。