JP2015192742A - 脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で精度よく確実に脈波を測定できる脈波検出装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵは被検体に照射した光の反射光の強度に基づき、脈波波形の振幅を求める（Ｓ１）。ＣＰＵは脈波波形の振幅が所定値未満の場合（Ｓ２：ＮＯ）、検出部を被検体に近づけ、脈波の検出感度を変更する（Ｓ３）。ＣＰＵは再度振幅を求め（Ｓ５）、振幅が増加した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、所定値未満なら（Ｓ７：ＮＯ）、検出部をさらに被検体に近づける処理を繰り返す（Ｓ７〜Ｓ１０）。振幅が所定値以上となれば（Ｓ７：ＹＥＳ）、脈波を計測して（Ｓ１５）、生体情報を求める（Ｓ１６）。一方、検出部を被検体に近づけても振幅が増加なかった場合（Ｓ６：ＮＯ）、ＣＰＵは検出部を被検体から遠ざける処理を繰り返す（Ｓ１１〜Ｓ１３）。振幅が所定値以上となれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、生体情報を求める（Ｓ１６）。
【選択図】図５

Description

本発明は、脈波を検出する脈波検出装置に関する。

従来、脈波を検出する脈波検出装置が知られている。脈波検出装置は、ＬＥＤおよびフォトトランジスタを内蔵する検出部を備える。脈波検出時、検出部は、検出面に被検体（例えば測定者の指）が押し当てられた状態で、ＬＥＤを発光する。ＬＥＤ光は、指の血管に到達すると、一部が血液中のヘモグロビンに吸収され、一部が反射または透過する。故に、ＬＥＤ光の到達位置を流れる血液中のヘモグロビンの量が血流量に応じて変化すると、ＬＥＤ光の反射光は、強度が変化する。すなわち、ＬＥＤ光の反射光は、脈拍に応じて強度が変化する。検出部は、ＬＥＤ光の反射光の強度変化をフォトトランジスタで検出し、脈波を検出する。

ところで、指内の血管は、検出面に指が押し当てられる強さに応じて断面形状が変形し、検出面側を向く面の面積が変化する。検出面に対する指の押圧力が小さく、ＬＥＤ光の反射光の強度が弱まると、検出部は、脈波を検出できない可能性がある。また、検出面に対する指の押圧力が大きく、血管が扁平に潰れて血流量が少なくなると、検出部は、脈波を検出できない可能性がある。そこで、押圧力検出手段で被検体に対する検出装置本体の押圧力を検出し、フィードバック制御で被検体と検出装置本体との距離を変化させ、押圧力が目標押圧荷重となるように制御する脈波測定装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−１３６９４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の脈波測定装置は、押圧力検出手段を必要とするため、装置を構成する部品の点数が多くなるという問題があった。また、指や血管の太さ、皮膚の硬さ等によって、測定者それぞれの血管の変形の度合いには、個体差があるため、脈波検出における適正な押圧力は、被検体によって異なる。このため、特許文献１の脈波測定装置は、押圧力を目標押圧荷重に制御しても、被検体によっては脈波の検出レベルが低い場合があり、脈波を精確に測定できると限らない。

本発明は、簡易な構成で精度よく確実に脈波を測定できる脈波検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施の態様によれば、被検体の脈波を検出する脈波検出装置であって、光を出射する発光素子と、入射する光の強度を検出する受光素子とを備え、前記被検体に向けて前記発光素子から出射される光が前記被検体によって反射された反射光を前記受光素子が受光して、前記反射光の強度を検出する検出部と、前記検出部の位置を変更する変更部と、前記検出部が検出した前記反射光の強度の振幅が所定値以上であるか否か判定する第一判定手段と、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であると前記第一判定手段が判定した場合、前記検出部に前記反射光の強度の検出結果を出力させ、前記反射光の強度の振幅が前記所定値未満であると前記第一判定手段が判定した場合には、前記変更部に前記検出部の位置を変更させる制御を行う第一制御手段と、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であると前記第一判定手段が判定した場合、前記検出部が出力する前記反射光の強度の検出結果から、前記被検体の脈波を算出する脈波算出部とを備える脈波検出装置が提供される。

脈波検出の精度は、被検体が検出部を押圧する押圧力の大きさが影響する。押圧力の大きさは、被検体に対する検出部の位置に応ずる。本態様に係る脈波検出装置は、検出部の位置を検出部の検出結果に基づいて変更することができる。故に、脈波検出装置は、被検体が検出部を押圧する押圧力の大きさを測定する荷重センサが不要であり、装置構成の簡易化を図ることができる。

また、脈波検出装置は、反射光の強度の振幅が所定値未満であり、脈波検出の精度確保が難しい場合、検出部の位置を変更する。すなわち、脈波検出装置は、反射光の強度の振幅が所定値以上であり、確実に脈波を検出できる場合に、反射光の強度の検出結果を出力する。また、脈波の検出感度は被検体の身体的要因（例えば皮膚の厚み、硬さ、血管の太さ等）によってばらつく可能性がある。脈波検出装置は、検出部の位置を被検体に応じた最適な位置に変更し、反射光の強度を検出することができるため、脈波を精度よく検出できる。

本態様において、前記第一制御手段は、前記反射光の強度の振幅が前記所定値未満であると前記第一判定手段が判定した場合に、前記変更部に、前記検出部の位置を前記被検体の位置と前記検出部の位置とを結ぶ方向の一方側へ向けて移動した位置に変更させてもよい。脈波検出装置は、検出部の位置を被検体に対する一方側へ向けて移動させ、被検体が検出部を押圧する押圧力を変更させることで、反射光の強度の振幅を大きくすることができる。故に、脈波検出装置は、確実に脈波を検出できる場合に反射光の強度の検出結果を出力することができるので、たとえ被検体の身体的要因により脈波の検出感度にばらつきがあっても、脈波を精度よく確実に検出することができる。

本態様において、前記変更部により前記検出部の位置が変更された後に、前記検出部による前記反射光の強度の検出結果に変化が生じたか否か判定する第二判定手段をさらに備えてもよい。この場合に、前記第一制御手段は、前記検出部による前記反射光の強度の検出結果に変化を生じたと前記第二判定手段が判定しない場合に、前記変更部に、前記検出部の位置を前記被検体の位置と前記検出部の位置とを結ぶ方向の他方側へ向けて移動した位置に変更させてもよい。脈波検出装置は、検出部の位置を被検体に対する一方側へ向けて移動させても反射光の強度に変化がなければ検出部の位置を他方側へ向けて移動させる。よって、脈波検出装置は、被検体が検出部を押圧する押圧力を確実に変更させることができるので、反射光の強度の振幅を大きくすることができる。故に、脈波検出装置は、確実に脈波を検出できる場合に、反射光の強度の検出結果を出力することができるので、たとえ被検体の身体的要因により脈波の検出感度にばらつきがあっても、脈波を精度よく確実に検出することができる。

本態様は、前記被検体を保持し、前記被検体の位置の移動を規制する規制部をさらに備えてもよい。規制部は、被検体に対する検出部の位置が、変更部による変更以外の要因で変更されないように、被検体を保持することができる。故に、脈波検出装置は、脈波を精度よく確実に検出することができる。

本態様は、前記第一判定手段が、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であると判定するまで、前記変更部に、前記検出部の位置を前記一方側へ向けて移動した位置に変更させる制御と、前記検出部に、前記反射光の強度を検出させる制御と、前記第一判定手段に、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であるか否か判定させる制御とを繰り返し行う第二制御手段をさらに備えてもよい。脈波検出装置は、反射光の強度の振幅が所定値以上になるまで検出部の位置を被検体に対する一方側へ向けて移動させることができるので、確実に反射光の強度の振幅を大きくすることができる。故に、脈波検出装置は、確実に脈波を検出できる場合に反射光の強度の検出結果を出力することができるので、たとえ被検体の身体的要因により脈波の検出感度にばらつきがあっても、脈波を精度よく確実に検出することができる。

本態様は、前記第二判定手段が、前記反射光の強度の検出結果に変化が生じたと判定した場合に、前記第一判定手段が、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であると判定するまで、前記変更部に、前記検出部の位置を前記他方側へ向けて移動した位置に変更させる制御と、前記検出部に、前記反射光の強度を検出させる制御と、前記第一判定手段に、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であるか否か判定させる制御とを繰り返し行う第三制御手段をさらに備えてもよい。脈波検出装置は、反射光の強度の振幅が所定値以上になるまで検出部の位置を被検体に対する他方側へ向けて移動させることができるので、確実に反射光の強度の振幅を大きくすることができる。故に、脈波検出装置は、確実に脈波を検出できる場合に反射光の強度の検出結果を出力することができるので、たとえ被検体の身体的要因により脈波の検出感度にばらつきがあっても、脈波を精度よく確実に検出することができる。

脈波検出装置１の要部の断面図である。 図１の一点鎖線Ｐ−Ｐで矢視方向に見た、被検体９が無負荷状態である場合の脈波検出装置１の要部の断面図である。 脈波検出装置１の電気的構成を示すブロック図である。 被検体９にかかる負荷のレベルと受光感度との関係について説明するためのグラフである。 メイン処理のフローチャートである。 透光板５１を被検体９に近づけた場合の脈波検出装置１の要部の断面図である。 被検体９が過負荷状態である場合の脈波検出装置１の要部の断面図である。 透光板５１を被検体９から遠ざけた場合の脈波検出装置１の要部の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いられるものである。図面に記載されている装置の構成、各種処理のフローチャート等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

図１、図２を参照し、脈波検出装置１の構造について説明する。以下の説明では、図１の上側、下側、右側、左側、表面側、裏面側を、それぞれ、脈波検出装置１の上側、下側、前側、後側、右側、左側とする。

図１、図２に示すように、脈波検出装置１は、被検体９（例えば人の指等）に照射した光の反射光を受光し、強度の検出結果に基づいて脈波を検出する装置である。脈波検出装置１は、クリップ型の筐体内に、検出部５と駆動部６を収容する。脈波検出装置１の筐体は、本体部２、押さえ部３、支持部４を有する。本体部２は、樹脂製で前後方向に延びる略直方体形状の箱体である。本体部２は、凹部形状の上筐体２１と下筐体２２を上下に重ね合わせて構成する。本体部２は、後端部に、検出部５と駆動部６を収容する収容部２３を備える。収容部２３は、上筐体２１の上面に、例えば円形状に開口する凹部である。

押さえ部３は、本体部２と同様に、前後方向に延びる略直方体形状で樹脂製の箱体である。押さえ部３は、凹部形状の上筐体３１と下筐体３２を上下に重ね合わせて構成する。上筐体３１は、上面の前後方向の中央付近に、上方へ向けて台状に突出する突出部３３を有する。突出部３３の上面は上筐体３１の上面に対して後向きに傾斜する。突出部３３は、ディスプレイ３４および操作部３５を内部に配置する。ディスプレイ３４の表示面と、操作部３５の操作面は、突出部３３の上面に露出する。

支持部４は、本体部２の前端部と押さえ部３の前端部を接続する。支持部４は、左右方向に延びる軸体であり、本体部２に対して押さえ部３を揺動可能に支持する。本体部２の後端部と押さえ部３の後端部は、支持部４を支点に互いに近接・離間する。支持部４は、軸心を周方向に取り巻くつる巻き状のばね体４１を備える。ばね体４１の両端は、それぞれ本体部２の前端部内と押さえ部３の前端部内に延びる。ばね体４１は、本体部２の後端部に対して押さえ部３の後端部を近づける向きに、本体部２と押さえ部３とを付勢する。脈波検出装置１は、被検体９の脈波を検出するとき、本体部２の上面と押さえ部３の下面との間に被検体９を挟んで固定する。

検出部５は、透光板５１、発光素子５２、受光素子５３、基板５４、周壁５５を備える。透光板５１は、円形状で光を透過する透明または半透明の板体である。発光素子５２は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。発光素子５２は、血液中のヘモグロビンが強い吸収スペクトルを示す波長帯の光を出射する。受光素子５３は、例えば、フォトダイオードである。受光素子５３は、発光素子５２が出射する光の波長帯に対する感度が高いことが望ましい。基板５４は電子回路基板であり、上面に発光素子５２と受光素子５３を実装する。周壁５５は、例えば樹脂製の筒状体である。周壁５５は、基板５４上で、発光素子５２と受光素子５３の周囲を取り囲む位置に設けられる。透光板５１は、外周の縁部が周壁５５の上端に固定され、発光素子５２と受光素子５３を上方から覆う。発光素子５２は、透光板５１を介し、発光した光を検出部５の上方へ向けて出射する。受光素子５３は、検出部５の上方から透光板５１を介して入射する光を受光する。検出部５は、平面視円形状で、外径が、収容部２３の内径よりもわずかに小さい。検出部５は、透光板５１を上側にして収容部２３内に収容される。

駆動部６は、圧電効果により印加電圧を力に変換する素子であり、例えば、ピエゾ素子である。駆動部６は、変位方向を収容部２３の深さ方向（本実施形態では上下方向）に揃え、上端が基板５４の下面に固定される。駆動部６の下端は、収容部２３の底面に固定される。駆動部６が変位すると、検出部５は、収容部２３の上下方向に変位する。本体部２の上面２Ａの位置を基準に、透光板５１の上面５１Ａの位置は、駆動部６に印加される電圧に応じて上下方向に移動する。なお、収容部２３の開口は、駆動部６が変位して透光板５１が下方に移動し、透光板５１の上面５１Ａが本体部２の上面２Ａよりも下方に位置しても、被検体９が透光板５１に接触できる大きさに形成されている。

次に、図３を参照し、脈波検出装置１の電気的構成について説明する。脈波検出装置１は、本体部２（図１参照）内に、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３を備える。ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、ディスプレイ３４、操作部３５、発光素子５２、駆動部６のそれぞれと電気的に接続する。ＣＰＵ７１は、脈波検出装置１の制御を行う。ＲＯＭ７２は、後述するメイン処理を実行するための制御プログラム等を記憶する。ＲＡＭ７３は、各種データを一時的に記憶する。ディスプレイ３４は、ＣＰＵ７１から出力される画像信号に基づく画像および演算結果を表示する。操作部３５は、脈波検出装置１に対する操作の入力を受け付け、操作内容に応じた信号をＣＰＵ７１に出力する。操作部３５は、脈波検出装置１の電源をオンオフする電源スイッチ（図示略）を含む。

脈波検出装置１は、本体部２（図１参照）内に、電流電圧変換回路７５、増幅回路７６、Ａ／Ｄ変換回路７７をさらに備える。検出部５の受光素子５３は、電流電圧変換回路７５と電気的に接続する。電流電圧変換回路７５は、増幅回路７６と電気的に接続する。増幅回路７６は、Ａ／Ｄ変換回路７７と電気的に接続する。Ａ／Ｄ変換回路７７は、ＣＰＵ７１と電気的に接続する。電流電圧変換回路７５は、受光素子５３から入力される電流を電圧変換して出力する回路である。増幅回路７６は、電流電圧変換回路７５から入力される電圧を増幅して出力する回路である。Ａ／Ｄ変換回路７７は、増幅回路７６から入力される電圧をデジタル変換してＣＰＵ７１に出力する回路である。

脈波検出装置１は、被検体９の脈波を検出するとき、被検体９を、検出部５の透光板５１の上面５１Ａと向き合う位置に配置させる。ＣＰＵ７１は、制御信号を出力して発光素子５２を発光させる。発光素子５２が発する光ＯＢは、透光板５１を介して出射され、図１に示す被検体９の血管９１に到達する。光ＯＢは、血液中のヘモグロビン９２に一部が吸収され、一部が反射または透過する。血管９１内を流れる血流の量は、脈拍に合わせて変化する。血液中のヘモグロビン９２の量は、血流量に応じて変化する。よって、光ＯＢが血管に反射される反射光ＲＢの強度は、ヘモグロビン９２の量に応じて変化する。受光素子５３は、透光板５１を介して入射する反射光ＲＢを受光する。受光素子５３を流れる電流は、反射光ＲＢの強度に応じて変化する。電流電圧変換回路７５は、入力電流を電圧に変換し、受光素子５３を流れる電流の大きさの変化を電圧の大きさの変化として出力する。増幅回路７６は、電流電圧変換回路７５から入力される電圧を増幅して出力する。Ａ／Ｄ変換回路７７は、増幅回路７６から入力される電圧を、アナログ信号からデジタル信号へ変換し、ＣＰＵ７１に出力する。ＣＰＵ７１は、Ａ／Ｄ変換回路７７から入力されるデジタル信号に基づき、受光素子５３が受光した反射光ＲＢの強度を検出する。すなわち、受光素子５３が受光する反射光ＲＢの強度は、被検体９の血管９１を流れる血液の脈波に応じて変化する。故に、ＣＰＵ７１は、Ａ／Ｄ変換回路７７から入力され、反射光ＲＢの強度を示すデジタル信号に基づき、脈波を検出することができる。

次に、図４を参照し、脈波検出装置１が脈波検出の感度を向上させる原理について説明する。なお、脈波検出時、被検体９は、本体部２と押さえ部３に挟まれて検出部５に対する位置が固定され、透光板５１の上面５１Ａに接触状態であるものとする。また、図４のグラフでは、血管反射面積、血流量、脈波感度の各項目において、被検体９にかかる負荷のレベルは無負荷状態から過負荷状態まで無段階に変化する。しかし、毛細血管断面形状および脈波波形の項目において、被検体９にかかる負荷のレベルは、説明の便宜上、レベル１〜レベル５の５段階における状態の変化として示すものとする。

被検体９内の血管９１Ａは、被検体９が外力を受けていない無負荷状態（レベル１）のとき、ほぼ円形状の断面形状を保つ。発光素子５２（図１参照）と血管９１Ａとを結ぶ第一方向（本実施形態では上下方向）に交差する第二方向において、血管９１Ａの大きさはＷ１である。血管９１Ａが光ＯＢを反射する面積は、血管９１Ａの第二方向の大きさに比例する。また、無負荷状態のとき、血管９１Ａ内を流れる血液の血流量に影響はない。上記したように、受光素子５３は、発光素子５２が発する光ＯＢのうち、血液中のヘモグロビン９２に吸収されなかった一部の光が血管９１Ａに反射した反射光ＲＢを受光する。血流量が一定の場合、ヘモグロビン９２の量に変化はないので、受光素子５３が受光する反射光ＲＢの強度は、血管９１Ａの第二方向の大きさに比例する。脈波の検出感度を示す脈波感度は［血流量］×［反射光ＲＢの強度］で表される。無負荷状態のとき、血流量は多くても反射光ＲＢの強度が低いため、脈波感度は低い。故に、無負荷状態のとき、ＣＰＵ７１が検出する脈波波形９３Ａは、血流量の変化を捉えても、振幅Ａ１が所定値Ｋよりも小さく、脈波検出に適さない。なお、反射光ＲＢは、血流に合わせて血管９１内を流れる血液中のヘモグロビン９２の量が変化することで光ＯＢの反射量が変化し、強度の変化を生ずる。脈波波形は、反射光ＲＢの強度に基づく脈波を時系列的に記録した波形である。脈波波形の振幅は、反射光ＲＢの強度の最大値と最小値の差分に基づく。また、所定値Ｋは、脈波波形の振幅が所定の精度で脈波を検出可能な大きさであるか否か判断するため、あらかじめ設定された値である。

被検体９に対して第一方向に加わる負荷の状態が第一負荷状態（レベル２）と第二負荷状態（レベル３）において、被検体９内の血管９１Ｂ，９１Ｃは、第一方向に潰れて楕円形状の断面形状になる。血管９１Ｂ，９１Ｃは、負荷の大きさに応じて第一方向に潰れる度合いが大きくなり、第二方向の大きさＷ２，Ｗ３が大きくなって、反射面積が次第に増加する。しかし、血管９１Ｂ，９１Ｃ内を流れる血液は、血管の断面形状が多少変形しても通常に流れ、無負荷の状態と比べて血流量にほとんど変化がない。よって、受光素子５３が受光する反射光ＲＢの強度は、血管９１Ｂ，９１Ｃの反射面積の大きさに応じて増加する。第一負荷状態の場合、脈波感度は無負荷状態よりも増加する。この場合に、ＣＰＵ７１が検出する脈波の波形９３Ｂは、振幅Ａ２が無負荷状態における振幅Ａ１よりも大きくなるが、所定値Ｋよりも小さく、脈波検出に適さない。一方、第二負荷状態の場合、脈波感度は第一負荷状態よりもさらに増加する。この場合に、ＣＰＵ７１が検出する脈波の波形９３Ｃは、振幅Ａ３が第一負荷状態における振幅Ａ２よりも大きくなり、所定値Ｋを越え、脈波検出に適する。

被検体９に対して第一方向に加わる負荷の状態が第三負荷状態（レベル４）において、被検体９内の血管９１Ｄは、第一方向にさらに潰れた楕円形状の断面形状になる。血管９１Ｄの第二方向の大きさＷ４は、Ｗ１〜Ｗ３と比べてさらに大きくなり、反射面積が増加する。血管９１Ｄは、無負荷状態のときの血流量を維持できている。脈波感度は、無負荷状態から第三負荷状態まで次第に増加し、第三負荷状態において最大値を示す。この場合に、ＣＰＵ７１が検出する脈波の波形９３Ｄは、振幅Ａ４が最も大きくなり、所定値Ｋを越え、脈波検出に適する。

被検体９に対して第一方向に加わる負荷の状態が過負荷状態（レベル５）になると、被検体９内の血管９１Ｅは、第一方向に潰れ、血液が流れない状態、もしくはほとんど流れない状態となる。血管９１Ｅの第二方向の大きさＷ５は、Ｗ１〜Ｗ４よりも大きく、反射面積が増加する。故に、過負荷状態で受光素子５３が受光する反射光ＲＢの強度は高い。しかし、血流量がほとんどない状態であるので、脈波感度は最小もしくは最小に近づく。故に、過負荷状態において、ＣＰＵ７１が検出する脈波の波形９３Ｅは、振幅Ａ５がほとんどない状態であり、所定値Ｋよりも小さく、脈波検出に適さない。

次に、図５を参照し、脈波検出装置１のＣＰＵ７１が実行するメイン処理について、図２および図６〜図８を参照しながら説明する。脈波検出装置１のＣＰＵ７１は、操作部３５が電源スイッチ（図示略）をオンする操作の入力を受け付けた場合に出力する信号を受信すると、動作を開始する。なお、電源スイッチは、被検体９が本体部２の上面と押さえ部３の下面との間に挟まれ、検出部５に対する被検体９の位置が固定された場合に操作されるものとする。ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２に記憶されている制御プログラムを読み出してＲＡＭ７３に展開し、メイン処理を実行する。

図５に示すように、ＣＰＵ７１は、制御信号を出力して発光素子５２に発光させる。受光素子５３は、発光素子５２が出射した光ＯＢの反射光ＲＢを受光する。ＣＰＵ７１は、受光素子５３から電流電圧変換回路７５、増幅回路７６およびＡ／Ｄ変換回路７７を介して入力される反射光ＲＢの強度を表すデジタル信号を、所定時間取得する。所定時間として、少なくとも１回の心拍を計測するのに十分な時間が予め設定されている。ＣＰＵ７１は、反射光ＲＢの強度の最大値と最小値の差分を求め、所定時間における脈波波形の振幅を検出（測定）する（Ｓ１）。ＣＰＵ７１は、検出した脈波波形の振幅をＲＡＭ７３に保存する。ＣＰＵ７１は、検出した振幅が所定値Ｋ以上であるか否か判断する（Ｓ２）。振幅が所定値Ｋ以上の場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、脈波の検出感度（脈波感度）が、所定の精度で脈波を検出するのに十分な感度であると判断し、処理をＳ１５に進め、脈波の計測（後述）を行う。

例えば、透光板５１の上面５１Ａが本体部２の上面２Ａよりも下方に位置する場合、被検体９の大きさ、形状等によっては、被検体９が透光板５１から受ける負荷（外力）が小さい場合がある。図２に示すように、無負荷状態あるいは第一負荷状態では、血管９１は、断面形状がほぼ円形状あるいは上下方向の潰れが小さい楕円形状となる。前述したように、無負荷状態または第一負荷状態では脈波感度が低くなるため、脈波波形の振幅は所定値Ｋ未満となり、脈波検出に適さない。図５に示すように、振幅が所定値Ｋ未満の場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、脈波感度の変更を試みる。ＣＰＵ７１は、駆動部６に印加する電圧を制御し、駆動部６を変位方向（上下方向）に所定の大きさ分、大きくなるように変位させる（Ｓ３）。駆動部６は、収容部２３の底面に固定されているので、検出部５を上方に向けて移動させる。なお、駆動部６を変位させる所定の大きさは、検出部５が、例えば、被検体９にかかる負荷を１０〜２０ｇ重増加させることができる距離を移動する大きさである。

図６に示すように、透光板５１の上面５１Ａは、所定の大きさ分、被検体９に近づく。透光板５１は被検体９を上方に押圧する。被検体９は上方から押さえ部３（図１参照）に押さえられているので、位置を移動しない。よって、被検体９内の血管９１に下方からの押圧力が伝わり、血管９１が上下方向に潰れる。血管９１が多少変形しても血流量にはほとんど変化はないが、血管９１の反射面積が大きくなるため、脈波感度が高くなる。

図５に示すように、ＣＰＵ７１は、Ｓ１の処理と同様に、反射光ＲＢの強度を表すデジタル信号を所定時間取得し、取得結果に基づいて、脈波波形の振幅を検出する（Ｓ５）。ＣＰＵ７１は、検出した振幅をＲＡＭ７３に保存されている振幅と比較し、振幅が増加したか否か判断する（Ｓ６）。図４に示すように、脈波感度が低い場合とは、被検体９に対する負荷が小さい場合（無負荷状態または第一負荷状態）か、大きすぎる場合（過負荷状態）である。被検体９に対する負荷が小さいために脈波感度が低い場合、ＣＰＵ７１は、検出部５を被検体９に近づけて血管９１にかかる負荷を大きくすることで、脈波感度を高め、振幅を増加させることができる。

図５に示すように、振幅が増加した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７１は、振幅が所定値Ｋ以上であるか否か判断する（Ｓ７）。振幅が所定値Ｋ未満の場合（Ｓ７：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、駆動部６を所定の大きさ分、大きくなるように変位させる。検出部５は上方に向けて移動し、透光板５１の上面５１Ａが被検体９にさらに近づく（Ｓ８）。ＣＰＵ７１は、Ｓ１の処理と同様に、脈波波形の振幅を検出する（Ｓ１０）。ＣＰＵ７１は、処理をＳ７に戻し、上記同様、振幅が所定値Ｋ以上であるか否か判断する。ＣＰＵ７１は、血管９１にかかる負荷が第一負荷状態であるうちは、Ｓ７〜Ｓ１０の処理を繰り返して実行する。ＣＰＵ７１は、Ｓ７〜Ｓ１０の処理を繰り返すたびに、検出部５を被検体９に近づけ、血管９１にかかる負荷を徐々に大きくし、脈波感度を高め、脈波波形の振幅を増加させる。検出部５が被検体９に近づくことで血管９１にかかる負荷が第二負荷状態になると、脈波波形の振幅は所定値Ｋ以上になり（Ｓ７：ＹＥＳ）、脈波検出に適する。ＣＰＵ７１は処理をＳ１５に進め、脈波の計測（後述）を行う。

ところで、例えば、被検体９が本体部２に強く押しつけられたり、被検体９が本体部２と押さえ部３に強く挟まれたりした場合に、被検体９が透光板５１から受ける負荷（外力）が大きい場合がある。図７に示すように、過負荷状態になると、血管９１は上下方向に潰れ、血液が流れない。前述したように、過負荷状態では脈波感度が低くなるため、脈波波形の振幅は所定値Ｋ未満となり、脈波検出に適さない。図５に示すように、振幅が所定値Ｋ未満の場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、駆動部６を所定の大きさ分、大きくなるように変位させて、検出部５を被検体９に近づけ（Ｓ３）、脈波波形の振幅を検出する（Ｓ５）。ＣＰＵ７１は、振幅が増加したか否か判断する（Ｓ６）。過負荷状態において検出部５を被検体９に近づけ、さらに負荷を与えても、潰れた状態の血管９１の反射面積は変化しない。また、血流もないため、脈波感度は変化しない。故に、脈波波形の振幅は増加しない（Ｓ６：ＮＯ）。

ＣＰＵ７１は、処理をＳ１１に進める。被検体９に対する負荷が大きいために脈波感度が低い場合、ＣＰＵ７１は、検出部５を被検体９から遠ざけて血管９１にかかる負荷を小さくすることで、脈波感度を高め、振幅を増加させることができる。ＣＰＵ７１は、駆動部６に印加する電圧を制御し、駆動部６を変位方向（上下方向）に所定の大きさ分、小さくなるように変位させる（Ｓ１１）。駆動部６は、検出部５を下方に移動させる。なお、駆動部６を変位させる所定の大きさは、検出部５が、例えば、被検体９にかかる負荷を１０〜２０ｇ重減少させることができる距離を移動する大きさである。図８に示すように、透光板５１の上面５１Ａは、所定の大きさ分、被検体９から遠ざかる。透光板５１は被検体９に対する押圧力を弱める。被検体９内の血管９１にかかる負荷が小さくなると、血管９１は上下方向に膨らみ、血管９１内を血液が流れるようになる。血管９１の反射面積は小さくなるが、血流が生ずるようになるため、脈波感度は高くなる。

図５に示すように、ＣＰＵ７１は、Ｓ１の処理と同様に、脈波波形の振幅を検出し（Ｓ１２）、振幅が所定値Ｋ以上であるか否か判断する（Ｓ１３）。振幅が所定値Ｋ未満の場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ７１は、処理をＳ１１に戻し、駆動部６を所定の大きさ分、小さくなるように変位させる。検出部５は下方に向けて移動し、透光板５１の上面５１Ａが被検体９からさらに遠ざかる（Ｓ１１）。被検体９内の血管９１にかかる負荷がさらに小さくなる。脈波感度はさらに高くなる。ＣＰＵ７１は脈波波形の振幅を検出し（Ｓ１２）、上記同様、振幅が所定値Ｋ以上であるか否か判断する。ＣＰＵ７１は、血管９１にかかる負荷が過負荷状態であるうちは、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理を繰り返して実行する。ＣＰＵ７１は、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理を繰り返すたびに、検出部５を被検体９から遠ざけ、血管９１にかかる負荷を徐々に小さくし、脈波感度を高め、脈波波形の振幅を増加させる。検出部５が被検体９から遠ざかることで血管９１にかかる負荷が第三負荷状態になると、脈波波形の振幅は所定値Ｋ以上になり（Ｓ１３：ＹＥＳ）、脈波検出に適する。ＣＰＵ７１は処理をＳ１５に進め、脈波の計測を行う。

ＣＰＵ７１は、受光素子５３から電流電圧変換回路７５、増幅回路７６およびＡ／Ｄ変換回路７７を介して入力される反射光ＲＢの強度を表すデジタル信号を、所定時間取得する（Ｓ１５）。この場合の所定時間には、数回分の心拍を計測するのに十分な時間が予め設定されている。ＣＰＵ７１は、取得したデジタル信号を脈波波形のデータとしてＲＡＭ７３に保存する。ＣＰＵ７１は、保存した脈波波形のデータに対する演算処理を行い、生体情報を生成する（Ｓ１６）。生体情報は、例えば、脈波の波形、血圧値、脈拍数、不整脈であるか否かの評価、または血管年齢特性等である。血管年齢特性とは、年齢に応じて変化する血管９１の状態であり、例えば、血管９１の硬さである。ＣＰＵ７１は、周知の演算方法によって脈波波形から生体情報を生成する。なお、生成する生体情報は、複数種類であってもよいし、１種類であってもよい。

ＣＰＵ７１は、生成した生体情報を出力する（Ｓ１７）。本実施形態では、ＣＰＵ７１は、生成情報をディスプレイ３４に表示する。ＣＰＵ７１は、操作部３５が生成情報の表示を終了する操作の入力、あるいは電源スイッチをオフする操作の入力を受け付けた場合に出力する信号を受信すると、メイン処理を終了する。

以上説明したように、脈波検出の精度は、被検体９が検出部５を押圧する押圧力の大きさが影響する。押圧力の大きさは、被検体９に対する検出部５の位置に応ずる。脈波検出装置１のＣＰＵ７１は、検出部５の位置を、検出部５による反射光ＲＢの強度の検出結果に基づいて変更することができる。故に、脈波検出装置１は、被検体９が検出部５を押圧する押圧力の大きさを測定する荷重センサが不要であり、装置構成の簡易化を図ることができる。

また、脈波検出装置１は、反射光ＲＢの強度に基づく脈波波形の振幅が所定値Ｋ未満であり、脈波検出の精度確保が難しい場合、検出部５の位置を変更する。すなわち、脈波検出装置１は、脈波波形の振幅が所定値Ｋ以上であり、確実に脈波を検出できる場合に、反射光ＲＢの強度に基づく脈波の検出結果を出力する。また、脈波の検出感度は被検体９の身体的要因（例えば皮膚の厚み、硬さ、血管の太さ等）によってばらつく可能性がある。脈波検出装置１は、検出部５の位置を被検体９に応じた最適な位置に変更し、反射光ＲＢの強度を検出することができるため、脈波を精度よく検出できる。

また、脈波検出装置１は、検出部５の位置を被検体９に対して近づく側へ向けて移動させ、被検体９が検出部５を押圧する押圧力を大きくすることで、反射光ＲＢの強度の振幅を大きくすることができる。故に、脈波検出装置１は、確実に脈波を検出できる場合に反射光ＲＢの強度の検出結果を出力することができるので、たとえ被検体９の身体的要因により脈波の検出感度にばらつきがあっても、脈波を精度よく確実に検出することができる。

また、脈波検出装置１は、検出部５の位置を被検体９に対して近づく側へ向けて移動させても反射光ＲＢの強度に変化がなければ、検出部５の位置を被検体９から遠ざかる側へ向けて移動させる。よって、脈波検出装置１は、被検体９が検出部５を押圧する押圧力を大きくしても反射光ＲＢの強度の振幅に変化がなければ、押圧力を小さくできるので、反射光ＲＢの強度の振幅を大きくすることができる。故に、脈波検出装置１は、確実に脈波を検出できる場合に、反射光ＲＢの強度の検出結果を出力することができるので、たとえ被検体９の身体的要因により脈波の検出感度にばらつきがあっても、脈波を精度よく確実に検出することができる。

また、押さえ部３は、被検体９に対する検出部５の位置が、駆動部６の駆動以外の要因で変更されないように、本体部２との間で被検体９を挟んで保持することができる。故に、脈波検出装置１は、脈波を精度よく確実に検出することができる。

また、脈波検出装置１は、反射光ＲＢの強度の振幅が所定値Ｋ以上になるまで検出部５の位置を被検体９に対して近づく側へ向けて移動させることができるので、確実に反射光ＲＢの強度の振幅を大きくすることができる。故に、脈波検出装置１は、確実に脈波を検出できる場合に反射光ＲＢの強度に基づく脈波の検出結果を出力することができるので、たとえ被検体９の身体的要因により脈波の検出感度にばらつきがあっても、脈波を精度よく確実に検出することができる。

また、脈波検出装置１は、反射光ＲＢの強度の振幅が所定値Ｋ以上になるまで検出部５の位置を被検体９に対して遠ざかる側へ向けて移動させることができるので、確実に反射光ＲＢの強度の振幅を大きくすることができる。故に、脈波検出装置１は、確実に脈波を検出できる場合に反射光ＲＢの強度に基づく脈波の検出結果を出力することができるので、たとえ被検体９の身体的要因により脈波の検出感度にばらつきがあっても、脈波を精度よく確実に検出することができる。

なお本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。電源スイッチ（図示略）は、被検体９が、透光板５１の上面５１Ａに接触した状態で本体部２と押さえ部３に挟まれて位置が固定された場合に操作されるものとした。これに限らず、例えば検出部５に光センサ、マイクロスイッチ等を設け、ＣＰＵ７１が、透光板５１の上面５１Ａに被検体９が接触した状態であるか否か検知できるようにしてもよい。ＣＰＵ７１は、脈波検出装置１の電源投入後、透光板５１に被検体９が接触状態であることを検知した場合に、メイン処理を実行してもよい。

被検体９の固定を、本体部２と押さえ部３で挟むことによって行ったが、本体部２にリング状の部材を設け、被検体９をリング内に挿入して検出部５との位置決めおよび固定を行ってもよい。リング状の部材は、金属製、ゴム製、布製、樹脂製等、任意の素材を選択してもよい。駆動部６は、ピエゾ素子に限らず、その他の駆動源を用いてもよい。例えば駆動部６にギアとモータを用い、モータの駆動でギアを介し、検出部５を移動させてもよい。

また、本実施形態では、脈波検出時、被検体９は透光板５１の上面５１Ａに接触状態にあるとした。これに限らず、脈波検出装置１は、被検体９が透光板５１の上面５１Ａとの間に間隙を有した状態であっても、脈波の検出を行ってもよい。この場合、ＣＰＵ７１は、Ｓ６：ＮＯである場合に、繰り返し回数が所定回数に達するまでＳ３〜Ｓ６の処理を繰り返して実行することで、被検体９に透光板５１を近づけ、被検体９との接触を試みてもよい。

ＣＰＵ７１は、Ｓ１７の処理で、ディスプレイ３４に生成情報を表示したが、脈波検出装置１が通信インターフェイス、フラッシュメモリの読み書き装置等を備えることで、生体情報をパーソナルコンピュータ、スマートフォン等の外部装置に出力してもよい。

ＣＰＵ７１は、Ｓ３、Ｓ８の処理で、検出部５が被検体９に近づくように駆動部６を駆動し、Ｓ１１の処理で、検出部５が被検体９から遠ざかるように駆動部６を駆動した。これに限らず、ＣＰＵ７１は、Ｓ３、Ｓ８の処理で検出部５を被検体９から遠ざけ、Ｓ１１の処理で検出部５を被検体９に近づけるように、駆動部６を駆動してもよい。

ＣＰＵ７１は、駆動部６を１回の駆動で所定の大きさ分変位させ、検出部５の位置を、例えば、被検体９にかかる負荷を１０〜２０ｇ重増加もしくは減少させることができる距離分、移動させた。この場合の駆動部６の変位の大きさは、所定の大きさであってもよいし、変位の繰り返し回数、脈波波形の振幅等に応じて変化させてもよい。ＣＰＵ７１は、Ｓ７〜Ｓ１０の処理を繰り返す場合、例えば、繰り返し回数５回以降における検出部５０の移動距離が、それ以前の移動距離の半分の距離となるように、駆動部６の駆動を制御してもよい。また、ＣＰＵ７１は、Ｓ１１〜Ｓ１３の処理を繰り返す場合、例えば、繰り返し回数５回までの検出部５０の移動距離が、それ以降の移動距離の半分の距離となるように、駆動部６の駆動を制御してもよい。もちろん、ＣＰＵ７１は、繰り返し回数に応じて段階的に移動距離を変化させてもよい。あるいは、ＣＰＵ７１は、脈波波形の振幅が所定値Ｋに対して例えばＫ／２以上の場合の移動距離が、Ｋ／２未満の場合の移動距離の半分の距離となるように、駆動部６の駆動を制御してもよい。もちろん、ＣＰＵ７１は、脈波波形の振幅と所定値Ｋとの比較結果に応じて段階的に移動距離を変更してもよい。

また、脈波検出装置１に荷重センサを設け、透光板５１の上面５１Ａが被検体９を押圧する押圧力を検出してもよい。荷重センサは、例えば、収容部２３の底面と駆動部６との間に設ける。ＣＰＵ７１は、荷重センサが検出する押圧力を、所定の上限値と比較し、上限値を超えた場合に、ディスプレイ３４にエラー表示を行い、メイン処理を終了してもよい。ＣＰＵ７１は、押圧力が大きくなり過ぎることで検出部５が破損することを防止することができる。

また、脈波検出装置１にヒータと温度センサを設け、脈波感度を向上させてもよい。ヒータは、例えば、収容部２３の開口周囲に設ける。温度センサは、本体部２あるいは押さえ部３で、ヒータ、制御部、ディスプレイ３４等、発熱部位から離れた位置に設ける。例えば、寒さ等で血管９１が縮んだ場合、血管９１の反射面積が小さくなり、血流量も減少することから、脈波感度は低下する。このような場合に、ＣＰＵ７１は、温度センサで気温等の検出結果に基づきヒータを駆動し、被検体９を暖めて血管９１を拡張させれば、脈波感度を向上することができる。なお、温度センサを設けず、ＣＰＵ７１は、脈波検出時に常にヒータを駆動させてもよい。

本発明においては、駆動部６が「変更部」に相当する。Ｓ２の処理で脈波波形の振幅が所定値Ｋ以上か否か判断するＣＰＵ７１が「第一判定手段」に相当する。Ｓ２：ＮＯの場合にＳ３〜Ｓ１３の処理を実行し、Ｓ２：ＹＥＳの場合にＳ１５の処理を実行するＣＰＵ７１が「第一制御手段」に相当する。Ｓ１６の処理で脈波波形のデータに対する演算処理を行い生体情報を生成するＣＰＵ７１が「脈波算出部」に相当する。Ｓ６の処理で検出した脈波波形の振幅がＲＡＭ７３に保存する脈波波形の振幅よりも増加したか否か判断するＣＰＵ７１が「第二判定手段」に相当する。本体部２、押さえ部３およびばね体４１が「規制部」に相当する。Ｓ７〜Ｓ１０の処理を繰り返して実行するＣＰＵ７１が「第二制御手段」に相当する。Ｓ１１〜Ｓ１３の処理を繰り返して実行するＣＰＵ７１が「第三制御手段」に相当する。

１ 脈波検出装置
２ 本体部
３ 押さえ部
５ 検出部
６ 駆動部
９ 被検体
４１ ばね体
５２ 発光素子
５３ 受光素子
７１ ＣＰＵ
ＯＢ 光
ＲＢ 反射光

Claims (6)

1. 被検体の脈波を検出する脈波検出装置であって、
   光を出射する発光素子と、入射する光の強度を検出する受光素子とを備え、前記被検体に向けて前記発光素子から出射される光が前記被検体によって反射された反射光を前記受光素子が受光して、前記反射光の強度を検出する検出部と、
   前記検出部の位置を変更する変更部と、
   前記検出部が検出した前記反射光の強度の振幅が所定値以上であるか否か判定する第一判定手段と、
   前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であると前記第一判定手段が判定した場合、前記検出部に前記反射光の強度の検出結果を出力させ、前記反射光の強度の振幅が前記所定値未満であると前記第一判定手段が判定した場合には、前記変更部に前記検出部の位置を変更させる制御を行う第一制御手段と、
   前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であると前記第一判定手段が判定した場合、前記検出部が出力する前記反射光の強度の検出結果から、前記被検体の脈波を算出する脈波算出部と
   を備えたことを特徴とする脈波検出装置。
2. 前記第一制御手段は、
   前記反射光の強度の振幅が前記所定値未満であると前記第一判定手段が判定した場合に、前記変更部に、前記検出部の位置を前記被検体の位置と前記検出部の位置とを結ぶ方向の一方側へ向けて移動した位置に変更させることを特徴とする請求項１に記載の脈波検出装置。
3. 前記変更部により前記検出部の位置が変更された後に、前記検出部による前記反射光の強度の検出結果に変化が生じたか否か判定する第二判定手段をさらに備え、
   前記第一制御手段は、
   前記検出部による前記反射光の強度の検出結果に変化を生じたと前記第二判定手段が判定しない場合に、前記変更部に、前記検出部の位置を前記被検体の位置と前記検出部の位置とを結ぶ方向の他方側へ向けて移動した位置に変更させることを特徴とする請求項２に記載の脈波検出装置。
4. 前記被検体を保持し、前記被検体の位置の移動を規制する規制部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の脈波検出装置。
5. 前記第一判定手段が、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であると判定するまで、
   前記変更部に、前記検出部の位置を前記一方側へ向けて移動した位置に変更させる制御と、
   前記検出部に、前記反射光の強度を検出させる制御と、
   前記第一判定手段に、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であるか否か判定させる制御と
   を繰り返し行う第二制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の脈波検出装置。
6. 前記第二判定手段が、前記反射光の強度の検出結果に変化が生じたと判定した場合に、
   前記第一判定手段が、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であると判定するまで、
   前記変更部に、前記検出部の位置を前記他方側へ向けて移動した位置に変更させる制御と、
   前記検出部に、前記反射光の強度を検出させる制御と、
   前記第一判定手段に、前記反射光の強度の振幅が前記所定値以上であるか否か判定させる制御と
   を繰り返し行う第三制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の脈波検出装置。

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