JP2016116947A - Pulse wave signal processing device and pulse wave measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脈波信号処理装置及び脈波計測装置に関する。 The present invention relates to a pulse wave signal processing device and a pulse wave measuring device.
生体、特に人体における脈波の検出方法として、光電変換による脈波測定方法が用いられてきた。この方法は、発光ダイオードなどの発光素子から血液に吸収されやすい波長の光を発光し、生体を透過若しくは生体内に進入後、生体内の組織による散乱によって外部へ出射した後方散乱光をフォトダイオードやフォトトランジスタなどの受光素子によって受光し、電気信号に変換することにより脈波を検出する。下記特許文献1には、生体の動脈血の酸素飽和度の測定に際し、生体の末梢血管の密度が比較的高い額や指などの体表面に光センサーを装着し、酸素飽和度の測定精度を向上させるように光源と光センサーとの距離を設定する技術が開示されている。具体的には、下記特許文献1は、光源と光センサーとの距離によって、光センサーから出力される信号の交流成分(AC成分)と直流成分(DC成分)の比(以下、AC/DC比という)が異なるという特性を利用し、AC/DC比が最も高くなる位置に光センサーを配置し、脈波を表していない直流成分をできるだけ少なくしている。 As a method for detecting a pulse wave in a living body, particularly a human body, a pulse wave measuring method using photoelectric conversion has been used. This method emits light of a wavelength that is easily absorbed by blood from a light emitting element such as a light emitting diode, and after passing through the living body or entering the living body, the back scattered light emitted to the outside by scattering by tissue in the living body is a photodiode. A pulse wave is detected by receiving light by a light receiving element such as a phototransistor and converting it into an electric signal. In Patent Document 1 below, when measuring the oxygen saturation level of arterial blood in a living body, an optical sensor is attached to the body surface such as the forehead and fingers where the density of peripheral blood vessels in the living body is relatively high, thereby improving the accuracy of measuring oxygen saturation level. A technique for setting the distance between the light source and the optical sensor is disclosed. Specifically, the following Patent Document 1 discloses a ratio of an AC component (AC component) and a DC component (DC component) of a signal output from the optical sensor (hereinafter referred to as an AC / DC ratio) depending on the distance between the light source and the optical sensor. Is utilized, and a photosensor is disposed at a position where the AC / DC ratio is the highest, so that the direct current component not representing the pulse wave is reduced as much as possible.
ところで、AC/DC比は、光源と光センサーとの距離に応じて変化するだけでなく、図11に示すように光センサーを装着する生体の部位によっても異なる。この図に示すように、生体の抹消血管の密度が比較的高い指はAC/DC比が大きく、後方散乱光に含まれる脈波を表す交流成分の割合が高い。一方、生体の抹消血管の密度が比較的低い手首や上腕では指と比べてAC/DC比が小さく、後方散乱光に含まれる交流成分の割合が少ない。光センサーから出力された信号は後段の増幅回路において増幅されて交流成分だけが抽出されるが、AC/DC比が小さい場合には直流成分によって増幅回路が飽和状態となり交流成分が抽出できない場合がある。また、AC/DC比が小さい手首などの測定部位で脈波を測定する場合、より多くの交流成分を得るために受光素子の受光面積を大きくしたり光源のパワーを増加させると出力信号全体が大きくなるため、上記と同様に増幅回路が飽和状態となり交流成分を抽出することができない。
本発明は、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出することができる技術を提供する。
By the way, the AC / DC ratio not only changes according to the distance between the light source and the optical sensor, but also varies depending on the part of the living body to which the optical sensor is attached as shown in FIG. As shown in this figure, a finger having a relatively high density of peripheral blood vessels in the living body has a large AC / DC ratio and a high ratio of AC components representing pulse waves contained in the backscattered light. On the other hand, the wrist and upper arm, which have a relatively low density of peripheral blood vessels in the living body, have a smaller AC / DC ratio than fingers, and the ratio of AC components contained in the backscattered light is small. The signal output from the optical sensor is amplified in the subsequent amplification circuit and only the AC component is extracted. However, when the AC / DC ratio is small, the amplification circuit may be saturated due to the DC component and the AC component may not be extracted. is there. Also, when measuring a pulse wave at a measurement site such as a wrist with a small AC / DC ratio, if the light receiving area of the light receiving element is increased or the power of the light source is increased in order to obtain more AC components, the entire output signal is Since it becomes large, the amplifier circuit becomes saturated as described above, and the AC component cannot be extracted.
The present invention provides a technique capable of stably extracting an AC component regardless of a measurement site.
本発明に係る脈波信号処理装置は、脈波を測定する測定部位に光を発する発光部と、前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第1信号を出力する第1受光部と、前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第2信号を出力する第2受光部と、前記第1受光部から出力される前記第1信号と前記第2受光部から出力される前記第2信号との差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、前記第1受光部と前記第2受光部は、前記第2信号の直流成分に対する交流成分の比率が前記第1信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第2信号の直流成分が前記第1信号の直流成分の大きさ以下となる条件を満たすように受光量が調整されていることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出する技術が提供される。 A pulse wave signal processing apparatus according to the present invention emits light to a measurement site for measuring pulse waves, and receives a reflected light of light emitted from the light emitting unit and outputs a first signal corresponding to the amount of received light A first light receiving section that receives the reflected light of the light emitted from the light emitting section and outputs a second signal corresponding to the amount of light received, and the first light output from the first light receiving section. An amplifying unit that amplifies a differential signal between the signal and the second signal output from the second light receiving unit and outputs an alternating current component, and the first light receiving unit and the second light receiving unit include the second light receiving unit and the second light receiving unit. Provided at a position where the ratio of the AC component to the DC component of the signal is smaller than the ratio of the first signal, and satisfies the condition that the DC component of the second signal is less than or equal to the magnitude of the DC component of the first signal. As described above, the amount of received light is adjusted. According to this structure, the technique which extracts an alternating current component stably irrespective of a measurement site | part is provided.
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、上記脈波信号処理装置において、前記第1受光部と前記第2受光部は、前記条件を満たすように各々異なる受光面積の受光面を有することを特徴とする。この構成によれば、他の部材を用いて受光量を調整する場合と比べて簡易に受光量を調整することができる。 In the pulse wave signal processing device according to the present invention, in the pulse wave signal processing device, the first light receiving unit and the second light receiving unit have light receiving surfaces having different light receiving areas so as to satisfy the condition. It is characterized by. According to this configuration, it is possible to easily adjust the amount of received light as compared to the case of adjusting the amount of received light using another member.
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、上記脈波信号処理装置において、前記第1受光部又は前記第2受光部は、前記条件を満たすように前記反射光の透過を抑制するフィルターが受光面に設けられていることを特徴とする。この構成によれば、受光面積によって受光量を調整する場合と比べて装置内の空間に規制されずに受光量を調整することができる。 The pulse wave signal processing device according to the present invention is the above pulse wave signal processing device, wherein the first light receiving unit or the second light receiving unit includes a filter that suppresses transmission of the reflected light so as to satisfy the condition. It is provided on the light receiving surface. According to this configuration, the received light amount can be adjusted without being restricted by the space in the apparatus as compared with the case where the received light amount is adjusted by the light receiving area.
また、本発明に係る脈波信号処理装置は、脈波を測定する測定部位に各々異なる波長の光を発する複数の発光部と、前記複数の発光部に対応して設けられ、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第1信号を出力する第1受光部と、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第2信号を出力する第2受光部とを有する複数の受光部と、前記複数の受光部の前記第1受光部と前記第2受光部から出力される前記第1信号と前記第2信号の各差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、前記発光部の各々に対応する前記受光部の前記第1受光部及び前記第2受光部は、当該発光部が発する光の波長ごとに、前記第2信号に含まれる交流成分と直流成分との比率が前記第1信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第2信号の直流成分が前記第1信号の直流成分の大きさ以下となるように受光量が調整され、前記発光部と前記受光部の各組は、各波長の光が干渉しない位置に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず各波長について交流成分を安定して抽出することができる。 Further, the pulse wave signal processing device according to the present invention is provided corresponding to the plurality of light emitting units, and a plurality of light emitting units that emit light of different wavelengths to the measurement site for measuring the pulse wave. A first light receiving unit that receives reflected light of the emitted light and outputs a first signal corresponding to the amount of received light; and a second signal that receives reflected light of the light emitted from the light emitting unit and that corresponds to the amount of received light. A plurality of light receiving units each having a second light receiving unit to output, the first signal of the plurality of light receiving units, and the difference signal between the first signal and the second signal output from the second light receiving unit. An amplification unit that amplifies and outputs an alternating current component, and the first light receiving unit and the second light receiving unit of the light receiving unit corresponding to each of the light emitting units, for each wavelength of light emitted by the light emitting unit, The ratio of the AC component and the DC component included in the second signal is smaller than the ratio of the first signal. The amount of received light is adjusted so that the direct current component of the second signal is less than or equal to the magnitude of the direct current component of the first signal. It arrange | positions in the position which does not interfere with light. According to this configuration, the AC component can be stably extracted for each wavelength regardless of the measurement site.
また、本発明に係る脈波計測装置は、上記いずれかの脈波信号処理装置と、前記脈波信号処理装置から出力された交流成分に基づいて脈波を示す情報を出力する脈波出力手段とを備えることを特徴とする。この構成によれば、測定部位に関わらず交流成分を安定して抽出することができる。 Also, the pulse wave measuring device according to the present invention is any one of the pulse wave signal processing devices described above, and pulse wave output means for outputting information indicating the pulse wave based on the AC component output from the pulse wave signal processing device. It is characterized by providing. According to this configuration, the AC component can be stably extracted regardless of the measurement site.
図1は、本実施形態に係る脈波計測装置の構成例を示す図である。図1において、脈波計測装置1は、発光部10、受光部11(第1受光部11a、第2受光部11b)、増幅部12、A/D(ANALOG/DIGITAL)変換部13、制御部14、操作部15、及び表示部16を備える。脈波計測装置1は、生体2の脈波を測定する測定部位に光を照射し、測定部位において反射された後方散乱光(反射光)を受光し、受光した光の受光量に基づいて脈波を示す脈波信号を出力する。以下、各構成について説明する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a pulse wave measurement device according to the present embodiment. In FIG. 1, a pulse wave measuring device 1 includes a
発光部10は、例えば赤色光の波長の光を発するLED(Light Emitting Diode)などの発光素子を有し、発光素子は、発光ピークの波長が600〜780nmの範囲(好ましくは625nm)となるように構成されている。発光部10は、後述の制御部14の制御の下、測定部位である生体2の手首に向けて光を発する。
The
次に、受光部11と増幅部12について説明する。図2は、本実施形態における受光部11と増幅部12の回路構成を示している。第1受光部11a及び第2受光部11bは、赤色光の波長の光を受光するフォトダイオードなどの受光素子111、112を有する。受光素子111と受光素子112は発光素子との距離が異なる位置に設けられ、受光素子112は受光素子111より受光面積が小さく構成されている。図2に示すように、本実施形態では、第1受光部11aの受光素子111のアノードと第2受光部11bの受光素子112のカソードとを直列に接続し、受光素子111のアノードと受光素子112のカソードの接続点p1は増幅部12の入力端子と接続されている。発光部10の発光素子によって発光された光の反射光を受光素子111と受光素子112が受光すると、受光素子111の受光量に応じた電流I1が矢印方向に流れ、受光素子112の受光量に応じた電流I2が矢印方向に流れる。受光素子111と受光素子112の接続点p1には、電流I1から電流I2を差し引いた電流I3が矢印方向に流れる。
Next, the
ここで、発光素子と受光素子との距離に応じて受光素子から出力される信号に含まれるAC成分とDC成分との比(AC/DC比)が異なる点について説明する。図3は、赤色光の波長の光を発する発光素子の中心からの距離とAC/DC比との関係を示している。また、図4は、発光素子との距離が異なる受光素子X、Yで受光される光の光路を表す模式図である。発光素子は赤色光の波長の光を発し、受光素子X、Yは受光素子111、112と同じ特性を有し、受光面積が同程度に構成されている。
Here, the point that the ratio (AC / DC ratio) between the AC component and the DC component included in the signal output from the light receiving element differs according to the distance between the light emitting element and the light receiving element will be described. FIG. 3 shows the relationship between the distance from the center of the light emitting element that emits light of the wavelength of red light and the AC / DC ratio. FIG. 4 is a schematic diagram showing an optical path of light received by the light receiving elements X and Y having different distances from the light emitting element. The light emitting element emits light having a wavelength of red light, and the light receiving elements X and Y have the same characteristics as the
図4に示すように、発光素子からの距離がL1の受光素子Xは、血管の密度が比較的小さい表皮に近い部分からの後方散乱光が、血管の密度が比較的大きい真皮に近い部分からの後方散乱光よりも多く受光される。また、発光素子からの距離がL2の受光素子Yは、真皮に近い部分からの後方散乱光が表皮に近い部分からの後方散乱光よりも多く受光される。表皮に近い部分からの後方散乱光には、脈波を表すAC成分より脈波を表していないDC成分が多く含まれ、真皮に近い部分からの後方散乱光にはDC成分よりAC成分が多く含まれる。また、発光素子との距離近い受光素子Xには受光素子Yよりも多くの反射光が到達する。そのため、受光素子Xと受光素子Yから出力される信号に含まれるAC成分及びDC成分とAC/DC比の大小関係は以下のようになる。
AC成分 :受光素子X>受光素子Y
DC成分 :受光素子X>>受光素子Y
AC/DC比:受光素子X<受光素子Y
As shown in FIG. 4, in the light receiving element X having a distance L1 from the light emitting element, backscattered light from a portion close to the epidermis where the blood vessel density is relatively small is from a portion close to the dermis where the blood vessel density is relatively large. Is received more than the backscattered light. In the light receiving element Y whose distance from the light emitting element is L2, the backscattered light from the portion close to the dermis is received more than the backscattered light from the portion close to the epidermis. Backscattered light from a portion close to the epidermis contains more DC components that do not represent pulse waves than AC components that represent pulse waves, and backscattered light from portions close to the dermis has more AC components than DC components. included. In addition, more reflected light reaches the light receiving element X closer to the light emitting element than the light receiving element Y. Therefore, the magnitude relationship between the AC / DC ratio and the AC / DC ratio included in the signals output from the light receiving element X and the light receiving element Y is as follows.
AC component: light receiving element X> light receiving element Y
DC component: light receiving element X >> light receiving element Y
AC / DC ratio: light receiving element X <light receiving element Y
つまり、図3に示すように、赤色光の波長の光の場合、発光素子と受光素子の距離がL2に近づくほどAC/DC比は大きくなり、距離L2を境にAC/DC比が小さくなる特性を有する。受光素子XのようにDC成分が大きい信号が初段の増幅回路に入力されると飽和状態となりAC成分が抽出されなくなるため、本実施形態では、発光素子との距離によって異なるAC/DC比を利用し、初段の増幅回路に入力する前にDC成分を小さくするように構成している。具体的には、受光素子111は発光素子との距離がL2となる位置に設けられ、受光素子112は発光素子との距離がL1(<L2)となる位置に設けられている。すなわち、受光素子111に到達する後方散乱光の生体2内の光路より短い光路を経た後方散乱光が受光素子112で受光されるように配置する。このような配置により、第2受光部11bの電流信号(以下、第2信号という)のAC/DC比は、第1受光部11aの電流信号(以下、第1信号という)のAC/DC比よりも小さくなる。
That is, as shown in FIG. 3, in the case of light having a wavelength of red light, the AC / DC ratio increases as the distance between the light emitting element and the light receiving element approaches L2, and the AC / DC ratio decreases with the distance L2 as a boundary. Has characteristics. When a signal having a large DC component, such as the light receiving element X, is input to the first stage amplifier circuit, it becomes saturated and no AC component is extracted. In this embodiment, an AC / DC ratio that varies depending on the distance from the light emitting element is used. In addition, the DC component is reduced before being input to the first stage amplifier circuit. Specifically, the
また、受光素子112のDC成分が受光素子111のDC成分と同程度となるように、受光素子112の受光面積を受光素子111より小さく構成する。このように構成することで、第1信号のDC成分と同程度のDC成分が含まれ、AC/DC比が第1信号より小さい第2信号が受光素子112から出力され、接続点p1において、第1信号と第2信号のAC成分とDC成分の差分を表す差分信号が出力される。差分信号に含まれるAC成分は第1信号のAC成分よりも小さくなるが、DC成分は、第1信号及び第2信号のDC成分より小さくすることができる。つまり、第1信号、第2信号に含まれるAC成分とDC成分を、(AC1,DC1)、(AC2,DC2)と定義すると、第1信号と第2信号は、DC1≧DC2,AC1/DC1>AC2/DC2の条件を満たす。
In addition, the light receiving area of the
次に増幅部12について説明する。図2に示すように増幅部12は、抵抗121、NPNトランジスタで構成された第1増幅回路122、コンデンサー123、第2増幅回路124とを有する。第1増幅回路122において、ベースに入力される差分信号の電流I3が抵抗121を流れ、出力点p2においてAC成分とDC成分を含む出力電圧V(I3×hfe×R)が出力される。コンデンサー123において出力電圧VのDC成分Vdcが除去され、AC成分Vacが第2増幅回路124に出力される。第2増幅回路124は、反転増幅回路などで構成され、コンデンサー123からのAC成分Vacを増幅して出力端子に出力する。
Next, the
図1に戻り、説明を続ける。A/D変換部13は、増幅部12から出力された電圧信号を予め定められたサンプリング周波数に基づいて量子化を行う。制御部14は、CPU(Central Processing Unit)とメモリ(ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を有し、ROMに記憶されている制御プログラムをCPUが実行することにより制御部14と接続されている各部を制御する。具体的には、制御部14は、A/D変換部13から出力された電圧値に基づいて脈波を示す情報を表示部16に表示させる。操作部15は、利用者からの操作を受付けるスイッチや操作キーを有し、利用者によって操作された内容を表す操作信号を制御部14に出力する。表示部16は、液晶ディスプレイを有し、制御部14の制御の下、指示された脈波を示す情報などの各種画像を表示する。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The A /
(動作例)
図5は、脈波計測装置1の動作フロー図である。利用者は、脈波の計測を開始する際に、操作部15を介して脈波の計測開始を指示する操作を行う。制御部14は、操作部15から脈波の計測開始を指示する操作を受付け(ステップS11)、発光部10を制御して脈波の計測を開始し、受光部11から出力される第1信号と第2信号の差分信号について信号処理を行う(ステップS12)。
(Operation example)
FIG. 5 is an operation flowchart of the pulse wave measuring device 1. The user performs an operation to instruct the start of pulse wave measurement via the
具体的には、制御部14は、ある光強度を示す電流信号を発光部10に出力して発光部10から測定部位に対して光を照射させ、第1受光部11a及び第2受光部11bによりその光の反射光を受光し、受光量に応じた電流を示す第1信号と第2信号とを出力する。第1受光部11aから出力された第1信号と第2受光部11bから出力された第2信号のAC成分とDC成分の差分を含む差分信号は増幅部12の第1増幅回路122に入力される。第1増幅回路122において差分信号が増幅され、電圧信号に変換されてコンデンサー123に入力される。コンデンサー123に入力された電圧信号はDC成分が除去され、第2増幅回路124にAC成分が入力される。第2増幅回路124は入力されたAC成分の電圧信号を増幅してA/D変換部13へ出力する。
Specifically, the
A/D変換部13は、増幅部12から入力された脈波を表わす交流成分の電圧信号を量子化した電圧値を制御部14へ出力する(ステップS13)。制御部14は、A/D変換部13から出力された電圧値に基づく波形のピークの時間間隔を脈拍間隔、所定時間毎のピークの出現頻度を脈拍数とし、脈波を示す情報として脈拍間隔及び脈拍数を表示部16に出力する(ステップS14)。
The A /
上述した実施形態では、第1受光部11aの受光素子111と第2受光部11bの受光素子112から出力される電流信号のAC/DC比が異なるように受光素子111と受光素子112とが配置されているので、第1信号と第2信号のDC成分よりも少ないDC成分の差分信号が第1増幅回路122に入力される。その結果、DC成分が原因となる第1増幅回路122の飽和状態が抑制され、第1増幅回路122を安定して動作させることができ、脈波の計測中に交流成分が出力されないなどの不具合を生じにくくすることができる。
In the embodiment described above, the
<変形例>
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be carried out by being modified as follows. Further, the following modifications may be combined.
(1)上述した実施形態では、第1受光部11aの受光素子111は、赤色光のAC/DC比がピーク値となる発光素子からの距離L2(図3)に配置し、第2受光部11bの受光素子112は、距離L2よりも小さいL1の位置に配置する例を説明したが、受光素子112は、発光素子からの距離L3(L3>L2)の位置に配置してもよい。要は、受光素子111と受光素子112において受光される光のAC/DC比が異なるように、受光素子111と受光素子112が配置されていればよい。この場合には、受光素子112の受光量は受光素子111よりも小さくなるため、受光素子111と受光素子112のDC成分とが同程度となるように受光素子112の受光面積を受光素子111より大きく構成してもよい。
(1) In the above-described embodiment, the
(2)上述した実施形態では、発光素子から赤色光の波長の光を発する例を説明したが、赤外光や緑色光であってもよい。赤外光の場合におけるAC/DC比は、赤色光と同様、図6(a)に示すようにピーク値を有するため、実施形態や上記(1)で説明した各位置に受光素子111と受光素子112とを配置すればよい。また、図6(b)に示すようにAC/DC比のピーク値を有さない緑色光の場合は、AC/DC比が高い距離L2と、それよりAC/DC比が低い距離L1とに受光素子111と受光素子112とを各々配置するようにすればよい。
(2) In the above-described embodiment, an example in which light having a wavelength of red light is emitted from the light emitting element has been described. However, infrared light or green light may be used. Since the AC / DC ratio in the case of infrared light has a peak value as shown in FIG. 6A as in the case of red light, the
(3)上述した実施形態では、DC成分が同程度となるように受光素子112の受光面積を小さく構成する例を説明したが、例えば、受光素子112の受光面に光の透過を抑制する光学フィルターを設けて受光量を調整するようにしてもよい。また、変形例(1)に例示したように、発光素子からの距離が受光素子111よりも遠い位置に受光素子112を配置する場合には、受光素子111の受光面に上記光学フィルターを設けて受光量を調整するようにしてもよい。
(3) In the above-described embodiment, the example in which the light receiving area of the
(4)上述した実施形態では、1つの波長の光を測定部位に照射し、その反射光を受光する例を説明したが、複数の波長の光を測定部位に照射し、各波長の反射光を受光するように構成してもよい。この場合における各波長に対応する受発光部の配置を図7に示す。受発光部Aは、赤色光の波長の光を発する発光素子を有する発光部100とその反射光を受光する受光素子を有する第1受光部101と第2受光部102とを有する。受発光部Bは、赤外光の波長の光を発する発光素子を有する発光部200とその反射光を受光する受光素子を有する第1受光部201と第2受光部202とを有する。受発光部Cは、緑色光の波長の光を発する発光素子を有する発光部300とその反射光を受光する受光素子を有する第1受光部301と第2受光部302とを有する。
(4) In the above-described embodiment, the example in which the measurement site is irradiated with light of one wavelength and the reflected light is received has been described. However, the measurement site is irradiated with light of a plurality of wavelengths, and the reflected light of each wavelength. May be configured to receive light. FIG. 7 shows the arrangement of the light emitting / receiving units corresponding to each wavelength in this case. The light receiving / emitting unit A includes a light emitting unit 100 having a light emitting element that emits light having a wavelength of red light, and a first
第2受光部102、202、302の各受光素子は、第1受光部101、201、301の各受光素子よりも発光素子から離れた位置、すなわち、AC/DC比が高い位置に配置されている。また、第1受光部101、201、301の各受光素子は、対応する第2受光部から出力される第1信号のDC成分と同程度となるように受光面積が小さく構成されている。つまり、各波長の第1信号と第2信号はAC2/DC2>AC1/DC1、DC2≧DC1の条件を満たすように受光量が調整されている。そして、受発光部A、受発光部B、及び受発光部Cの各第1受光部と各第2受光部は、各波長の光が干渉しないように各発光部より外側に配列されている。このように構成することにより、複数の波長の光を用いて脈波を計測することができる。
The light receiving elements of the second
なお、この場合には、一定時間ごとに交互に各発光部を発光させるようにしてもよいし、各発光部から同時に各波長の光を照射するようにしてもよい。後者の場合には、受発光部毎に増幅部12とA/D変換部13とを設けるように構成してもよい。各第1受光部と第2受光部において反射光を受光し、各第1受光部と第2受光部から対応する増幅部12に受光量に応じた第1信号及び第2信号を出力する。そして、各増幅部12において各波長の交流成分を抽出して増幅し、対応するA/D変換部13に出力する。本変形例では、3つ波長の光を照射して受光する例を説明したが、2つ以上の波長の光を照射して受光する構成であればこれに限らない。
In this case, each light emitting section may be made to emit light alternately every certain time, or light of each wavelength may be irradiated simultaneously from each light emitting section. In the latter case, the
(5)上述した実施形態において、第1増幅回路122は、図8に示す電流電圧変換回路125で構成されていてもよい。この図において、電流電圧変換回路125は、オペアンプ125aと帰還抵抗125bとを有する。電流電圧変換回路125のオペアンプ125aの正端子は接地されており、受光素子111と受光素子112の接続点P1にオペアンプ125aの負端子が接続されている。電流電圧変換回路125は、受光素子111と受光素子112から出力される第1信号と第2信号の差分信号がオペアンプ125aの負端子に入力されるとその差分信号を電圧信号に変換して反転増幅させて出力する。電流電圧変換回路125から出力された電圧信号はコンデンサー123において直流成分が除去され、その交流成分が第2増幅回路124に入力されて増幅される。
(5) In the above-described embodiment, the
(6)上述した実施形態では、第1増幅回路122に第1信号と第2信号の差分信号が入力される例を説明したが、例えば、図9に示すように、受光素子111と受光素子112のアノードをNPNトランジスタを組み合わせた差動増幅回路に接続し、差動増幅回路において入力される第1信号と第2信号の差分を増幅した電圧信号を出力してもよい。この場合には、受光素子111と受光素子112は、AC1/DC1>AC2/DC2、DC1≧DC2の条件を満たすように、発光素子からの距離と受光面積を調整する。また、受光素子112のアノード側にグランドに接続された抵抗を設けて、受光素子112と受光素子111のDC成分とが同程度となるように受光素子111と受光素子112の受光量を調整してもよい。
(6) In the above-described embodiment, the example in which the difference signal between the first signal and the second signal is input to the
(7)上述した実施形態では、発光部10の発光素子と、第1受光部11a及び第2受光部11bの受光素子111、112とを同一平面上に並べて配置する例を説明したが、受光素子111と受光素子112から出力される第1信号と第2信号のAC/DC比が異なる位置、つまり、測定部位内における光路長が異なる配置であれば、例えば図10に示すような配置でもよい。図10は、本変形例における受発光部の断面を表す図である。この例では、受光素子111と受光素子112は、光を透過する各透明基板23の一方の面において受光面が図の上方向となるように設けられ、受光素子111、112を覆う集光部21、22が設けられている。集光部21、22の内側の面は反射鏡が設けられている。受光素子112が設けられた透明基板23の他方の面には発光素子20が設けられ、図の矢印方向に発光素子20から光が照射される。各透明基板23の受光素子111、112が設けられていない側の両端には支柱24が設けられ、支柱24を介して、生体2の上部に設けられた光を透過させるガラスなどの部材25と透明基板23の間に空間Kが設けられている。この例では、発光素子20との距離が近い受光素子112より受光素子111のAC/DC比が大きくなるように構成され、集光部21、22の大きさや曲率半径を変えることにより各受光量が調整されている。発光素子20から照射された光は、空間Kから部材25を透過して生体2に入射し、生体2の内部において反射されて部材25、空間K、透明基板23を透過して集光部21、22の内側の面で反射され、受光素子111、112で各々受光される。
(7) In the above-described embodiment, the example in which the light emitting element of the
(8)上述した実施形態では、脈波計測装置を例に説明したが、発光部10、受光部11、及び増幅部12を有する脈波信号処理装置と、A/D変換部13及び制御部14を少なくとも含む制御装置とを別体に構成し、脈波信号処理装置と制御装置とを有線又は無線通信により接続して構成してもよい。この場合には、制御装置は、脈波信号処理装置の増幅部12から出力される交流成分の信号を取得し、取得した交流成分の信号に基づいて脈波を示す情報を外部の表示装置などに出力するように構成してもよい。
(8) In the above-described embodiment, the pulse wave measurement device has been described as an example. However, the pulse wave signal processing device including the
1・・・脈波計測装置、10,100・・・発光部、11・・・受光部、11a,101,201,301・・・第1受光部、11b,102,202,302・・・第2受光部、12・・・増幅部、13・・・A/D変換部、14・・・制御部、15・・・操作部、16・・・表示部、111,112・・・受光素子、121・・・抵抗、122・・・第1増幅回路、123・・・コンデンサー、124・・・第2増幅回路、125・・・電流電圧変換回路、125a・・・オペアンプ、125b・・・帰還抵抗、A,B,C・・・受発光部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pulse
Claims (5)
前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第1信号を出力する第1受光部と、
前記発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第2信号を出力する第2受光部と、
前記第1受光部から出力される前記第1信号と前記第2受光部から出力される前記第2信号との差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、
前記第1受光部と前記第2受光部は、前記第2信号の直流成分に対する交流成分の比率が前記第1信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第2信号の直流成分が前記第1信号の直流成分の大きさ以下となる条件を満たすように受光量が調整されていることを特徴とする脈波信号処理装置。 A light emitting unit that emits light to a measurement site for measuring a pulse wave;
A first light receiving unit that receives reflected light of the light emitted from the light emitting unit and outputs a first signal corresponding to the amount of received light;
A second light receiving unit that receives reflected light of the light emitted from the light emitting unit and outputs a second signal corresponding to the amount of received light;
An amplification unit that amplifies a differential signal between the first signal output from the first light receiving unit and the second signal output from the second light receiving unit and outputs an AC component;
The first light receiving unit and the second light receiving unit are provided at a position where the ratio of the AC component to the DC component of the second signal is smaller than the ratio of the first signal, and the DC component of the second signal is The received light amount is adjusted so as to satisfy a condition that is equal to or less than the magnitude of the DC component of the first signal.
前記複数の発光部に対応して設けられ、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第1信号を出力する第1受光部と、当該発光部から発した光の反射光を受光して受光量に応じた第2信号を出力する第2受光部とを有する複数の受光部と、
前記複数の受光部の前記第1受光部と前記第2受光部から出力される前記第1信号と前記第2信号の各差分信号を増幅して交流成分を出力する増幅部とを備え、
前記発光部の各々に対応する前記受光部の前記第1受光部及び前記第2受光部は、当該発光部が発する光の波長ごとに、前記第2信号に含まれる交流成分と直流成分との比率が前記第1信号の前記比率よりも小さくなる位置に設けられ、前記第2信号の直流成分が前記第1信号の直流成分の大きさ以下となるように受光量が調整され、前記発光部と前記受光部の各組は、各波長の光が干渉しない位置に配置されていることを特徴とする脈波信号処理装置。 A plurality of light emitting units that emit light of different wavelengths to the measurement site for measuring the pulse wave;
A first light-receiving unit that is provided corresponding to the plurality of light-emitting units, receives reflected light of light emitted from the light-emitting unit, and outputs a first signal corresponding to the amount of received light; and light emitted from the light-emitting unit A plurality of light receiving parts having a second light receiving part that receives the reflected light of the first light and outputs a second signal according to the amount of light received;
An amplification unit that amplifies each differential signal of the first signal and the second signal output from the first light receiving unit and the second light receiving unit of the plurality of light receiving units and outputs an AC component;
The first light receiving unit and the second light receiving unit of the light receiving unit corresponding to each of the light emitting units have an AC component and a DC component included in the second signal for each wavelength of light emitted by the light emitting unit. The light receiving amount is adjusted so that the ratio is smaller than the ratio of the first signal, and the direct current component of the second signal is less than or equal to the magnitude of the direct current component of the first signal. The pulse wave signal processing device is characterized in that each pair of the light receiving units is arranged at a position where light of each wavelength does not interfere.
前記脈波信号処理装置から出力された交流成分に基づいて脈波を示す情報を出力する脈波出力手段と
を備えることを特徴とする脈波計測装置。 The pulse wave signal processing device according to any one of claims 1 to 4,
A pulse wave measuring device comprising: pulse wave output means for outputting information indicating a pulse wave based on an alternating current component output from the pulse wave signal processing device.
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