JP2017000314A

JP2017000314A - 脈波計

Info

Publication number: JP2017000314A
Application number: JP2015115865A
Authority: JP
Inventors: 博士山北; Hiroshi Yamakita; 幸樹二ツ山; Koki Futatsuyama; 泰司河内; Taiji Kawachi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-01-05

Abstract

【課題】脈波を正確に測定できる脈波計を提供すること。【解決手段】指に向けて光を照射する光照射ユニット（１７）と、反射光又は透過光を検出する光検出ユニット（１９）と、前記反射光又は前記透過光に基づき、前記被験者の脈波を測定する脈波測定ユニット（１１）とを備えた脈波計（１）であって、前記光照射ユニット及び前記光検出ユニットのうち少なくとも一方が取り付けられ、前記指が載置可能であり、前記指の押圧力により第１の方向に移動可能な移動ユニット（２５、１２５）と、前記移動ユニットに対し、前記第１の方向とは反対の第２の方向の反発力を加える反発力印加ユニット（２９、４１）とを備え、前記第１の方向への前記移動ユニットの移動量が所定の閾値より大きい場合は、前記閾値以下である場合に比べて、前記移動量の増加量に対する前記反発力の増加量の比率が小さいことを特徴とする脈波計。【選択図】図１

Description

本発明は脈波計に関する。

特許文献１には、以下のような脈波計が開示されている。脈波計は、ばねにより支持された可動部を備え、その可動部に脈波センサを内蔵している。被験者の指を可動部に載せ、指で可動部を押し込むと、ばねの反発力により、可動部は指に押し付けられる。この状態で脈波測定が行われる。

特開平１０−４３１５０号公報

特許文献１記載の脈波計を使用するとき、被験者は、どの程度の深さまで可動部を押し込めばよいのか分かり難いため、可動部を過度に押し込んでしまうことがある。この場合、過度に強い力で可動部が指に押し付けられ、指の血流が阻害される。その結果、正確な脈波測定ができなくなる。

本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、脈波を正確に測定できる脈波計を提供することを目的としている。

本発明の脈波計は、被験者の指に向けて光を照射する光照射ユニットと、光が指で反射した反射光、又は光が指を透過した透過光を検出する光検出ユニットと、反射光又は透過光に基づき、被験者の脈波を測定する脈波測定ユニットとを備える。

本発明の脈波計は、さらに、光照射ユニット及び光検出ユニットのうち少なくとも一方が取り付けられ、指が載置可能であり、指の押圧力により第１の方向に移動可能な移動ユニットと、移動ユニットが第１の方向に移動したとき、移動ユニットに対し、第１の方向とは反対の第２の方向の反発力を加える反発力印加ユニットとを備える。

そして、第１の方向への移動ユニットの移動量が所定の閾値より大きい場合は、閾値以下である場合に比べて、移動量の増加量に対する反発力の増加量の比率が小さいことを特徴とする。

本発明の脈波計によれば、仮に、被験者の指が移動ユニットを第１の方向に大きく押し込んだとしても、移動ユニットが被験者の指に加える反発力は小さい。その結果、被験者の指における血流が阻害されにくいので、脈波を正確に測定することができる。

脈波計１の電気的構成を表すブロック図である。脈波計１の外観を表す斜視図である。図２におけるIII-III断面での断面図である。図３と同じ断面での断面図であって、反転ばね２９が反転している状態を表す断面図である。移動量ｘと反発力ｙとの関係を表すグラフである。脈波計１が実行する処理を表すフローチャートである。脈波計１の外観を表す斜視図である。図７におけるVIII-VIII断面での断面図である。その他の実施形態における移動ユニット２５及び弾性４９の構成を表す断面図である。その他の実施形態における移動量ｘと反発力ｙとの関係を表すグラフである。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．脈波計１の構成
脈波計１の構成を図１〜図６に基づき説明する。脈波計１は、図１に示す電気的構成を有する。脈波計１は、脈波センサ３、フィルタ５、アンプ７、Ａ／Ｄ回路９、制御部１１、ディスプレイ１３、及び接触センサ１５を備える。

脈波センサ３は、ＬＥＤ（発光ダイオード）１７と、ＰＤ（フォトダイオード）１９とを備える。ＬＥＤ１７は、被験者の指に向けて、緑色の光（５０００Å〜８０００Åの波長を含む光）を照射する。ＬＥＤ１７は、制御部１１からの指示に応じて発光する。ＰＤ１９は、ＬＥＤ１７が照射した光が被験者の指で反射した反射光を検出する。

フィルタ５は、ＰＤ１９の検出信号から雑音を除去する。アンプ７は、ＰＤ１９の検出信号を増幅する。Ａ／Ｄ回路９は、ＰＤ１９の検出信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を制御部１１に送る。

制御部１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える公知のコンピュータである。制御部１１は、脈波計１の各部を制御する。また、制御部１１は、ＲＯＭに記憶されたプログラムにより、後述する処理を実行する。制御部１１が実行する処理には、ＰＤ１９の検出信号に基づき、被験者の脈波を測定する処理が含まれる。

ディスプレイ１３は、任意の画像を表示可能なディスプレイである。接触センサ１５は、被験者の指が脈波センサ３に接触し、後述する移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達したことを検出するセンサである。詳しくは後述する。

脈波計１は、図２に示す外観を有する。脈波計１は、箱型の筐体２１を備える。筐体２１の表面のうち、正面２３に、ディスプレイ１３と移動ユニット２５とが設けられている。制御部１１等は筐体２１内に収容されている。移動ユニット２５及びその周囲の構成を、図３、図４を用いて説明する。

正面２３の一部は切り欠かれ、そこに収納枠２７がはめ込まれている。収納枠２７は、正面側（図３、図４における左側）が開口した、有底の円筒状部材である。収納枠２７のうち、奥側の面である底面２７Ａには、接触センサ１５と、反転ばね２９とが取り付けられている。

移動ユニット２５は、その外径が収納枠２７の内径よりわずかに小さい、中空の円筒状部材である。移動ユニット２５は、収納枠２７内に収納されている。ただし、移動ユニット２５のうち、正面側の部分は、収納枠２７内に収納されず、正面２３及び収納枠２７よりも正面側に突出している。

移動ユニット２５は、その内部にＬＥＤ１７及びＰＤ１９を収納している。また、移動ユニット２５のうち、正面側の端面（以下、正面側端面２５Ｂとする）にはレンズ２８が設けられている。ＬＥＤ１７は、レンズ２８を通して正面方向に光を照射可能である。また、ＰＤ１９は、レンズ２８を通って移動ユニット２５内に入射した反射光を受光可能である。

なお、移動ユニット２５は、その上に被験者の指３３を載置可能である。被験者の脈波を測定するとき、被験者の指３３を移動ユニット２５に載せ、正面側端面２５Ｂに接触させる。ＬＥＤ１７が照射した光は、指３３内にある血管３５で反射され、反射光３７を生じる。反射光３７は、レンズ２８を通過し、ＰＤ１９に入射する。

接触センサ１５及び反転ばね２９は、移動ユニット２５と、底面２７Ａとに挟まれた位置にある。移動ユニット２５のうち、正面とは反対側の端面（以下、奥側端面２５Ａとする）は、反転ばね２９の頂点と接している。

移動ユニット２５は、正面とは反対に向う方向（図３、図４において右に移動する方向、以下、第１の方向とする）の外力を加えたとき、第１の方向に移動可能である。移動ユニット２５が第１の方向に移動したとき、反転ばね２９は圧縮される。圧縮された反転ばね２９は、移動ユニット２５に対し、第１の方向とは反対の方向（以下、第２の方向とする）の反発力を加える。

被験者の脈波を測定するとき、被験者の指３３は、移動ユニット２５に対し、第１の方向の外力（押し込み力）を加え、移動ユニット２５は第１の方向に移動する。そして、移動ユニット２５は、指３３に対し、第２の方向の反発力を加える。

移動ユニット２５に対し、第１の方向の外力を加えていない状態（図３に示す状態）において、反転ばね２９は反転していない。その状態から、移動ユニット２５に対し、第１の方向の外力を加え、その外力を徐々に強くすると、移動ユニット２５は第１の方向に徐々に移動する。移動ユニットの移動量が大きくなるほど、反転ばね２９は大きく圧縮される。移動ユニット２５の第１の方向への移動量が閾値を超えると、図４に示すように、反転ばね２９は反転する。反転ばね２９が反転した後も、移動ユニット２５に対し、第１の方向の外力を加えると、移動ユニット２５は第１の方向にさらに移動する。

また、反転ばね２９が反転した状態において、移動ユニット２５に加えていた外力を緩和し、移動ユニット２５を第２の方向に移動させると、反転ばね２９は反転していない状態（図３参照）に戻る。

移動ユニット２５の第１の方向への移動量ｘと、反転ばね２９が移動ユニット２５に対し加える反発力ｙとの関係は図５に示すものとなる。図５におけるｘ_０は、第１の方向への外力を加えていないときの移動量ｘである。このときの反発力ｙをｙ_０とする。移動量ｘがｘ_０の状態から、第１の方向への外力を徐々に大きくし、移動量ｘを徐々に大きくしてゆくと、反発力ｙもそれに応じて大きくなる。

図５におけるｘ_ｔは、反転ばね２９が反転するときの移動量ｘ（閾値）である。移動量ｘがｘ_ｔに達すると、反転ばね２９が反転し、反発力ｙはｙ_ｔ１からｙ_ｔ２に急減する。移動量ｘがｘ_ｔに達した後、さらに移動量ｘを増しても、反発力ｙはほとんど増加しない。すなわち、移動量ｘが閾値ｘ_ｔより大きい場合は、移動量ｘが閾値ｘ_ｔ以下である場合に比べて、移動量ｘの増加量に対する反発力ｙの増加量の比率（図６のグラフにおける傾き）が小さい。

反発力ｙ_ｔ２は、脈波を測定する上で好適な反発力である。すなわち、反発力ｙがｙ_ｔ２であれば、指３３は十分に移動ユニット２５に密着し、且つ、指３３の血流が阻害されることもない。よって、移動量ｘが閾値ｘ_ｔを超え、過度に大きくならない範囲であれば、反発力ｙはｙ_ｔ２に近い値となり、好適に脈波を測定することができる。

移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達していないとき、図３に示すように、接触センサ１５と反転ばね２９とは接触しない。一方、移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達し、図４に示すように、反転ばね２９が反転すると、接触センサ１５と反転ばね２９とは接触する。接触センサ１５は、反転ばね２９との接触の有無を電気信号として出力する。接触センサ１５と反転ばね２９とが接触するのは、上述したように、移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達したときであるから、接触センサ１５は、移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達したことを検出する。

なお、ＬＥＤ１７は光照射ユニットの一例であり、ＰＤ１９は光検出ユニットの一例であり、制御部１１は脈波測定ユニットの一例であり、反転ばね２９は反発力印加ユニットの一例であり、接触センサ１５は移動量検出ユニットの一例である。

２．脈波計１が実行する脈波測定処理
脈波計１（特に制御部１１）が実行する脈波測定処理を、図４、図６に基づき説明する。図６のステップ１では、接触センサ１５を用いて、移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達しているか否かを判断する。閾値ｘ_ｔに達している場合はステップ２に進み、閾値ｘ_ｔに達していない場合は本処理を終了する。

ステップ２では、ＬＥＤ１７を発光させる。このとき、図４に示すように、ＬＥＤ１７の光３１は、被験者の指３３に向けて照射される。光３１は、指３３内にある血管３５で反射され、反射光３７を生じる。ＰＤ１９は、反射光３７を検出し、検出信号を制御部１１に出力する。

ステップ３では、前記ステップ３でＰＤ１９から受信した検出信号の時系列的な変化（脈波信号）を取得する。なお、ＰＤ１９が検出した検出信号は、血管の周期的な容積変化に起因して、時間の経過とともに変化する。その検出信号の時系列的な変化である脈波信号は、血管の周期的な容積変化（脈波）を反映している。

ステップ４では、前記ステップ３で取得した脈波信号を用いて、周知の方法で被験者の血圧を推定する。
ステップ５では、前記ステップ４で取得した血圧と、心拍数と、脈波とをディスプレイ１３に表示する。

３．脈波計１が奏する効果
（１Ａ）脈波計１では、移動量ｘが閾値ｘ_ｔより大きい場合は、移動量ｘが閾値_ｘｔ以下である場合に比べて、移動量ｘの増加量に対する反発力ｙの増加量の比率が小さい。

そのことにより、仮に、被験者の指３３が移動ユニット２５を第１の方向に大きく押し込んだとしても、移動ユニット２５が被験者の指３３に加える反発力ｙは小さい。その結果、被験者の指３３における血流が阻害されにくいので、脈波を正確に測定することができる。

（１Ｂ）脈波計１では、移動量ｘの増加量に対する反発力ｙの増加量の比率が、閾値ｘ_ｔを境に変化する。そのため、被験者は、指３３を押し込んでいくときの反発力ｙの変化の態様から、移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達したことを容易に知ることができる。その結果、被験者が指３３を過度に押し込んでしまうようなことが生じにくい。

（１Ｃ）脈波計１では、移動量ｘが閾値ｘ_ｔを超えたとき、閾値ｘ_ｔを超える前に比べて、反発力ｙが低下する。そのため、被験者は、移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達したことを一層容易に知ることができる。その結果、被験者が指３３を過度に押し込んでしまうようなことが一層生じにくい。

（１Ｄ）脈波計１は、反転ばね２９を備える。そのことにより、図５に示す、移動量ｘと反発力ｙとの関係を容易に得ることができる。
（１Ｅ）脈波計１は、移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達したことを、接触センサ１５を用いて検出し、移動量ｘが閾値ｘ_ｔに達したことを条件として、脈波の測定を行う。そのことにより、被験者の指３３の押し込み量が適切な状態で脈波の測定を行うことができる。
＜第２の実施形態＞
１．第１の実施形態との相違点
第２の実施形態は、基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。

脈波計１は、図７、図８に示すように、筐体２１の正面２３に、対向板３９を備える。対向板３９は、その一端において、筐体２１に対し回動可能に取り付けられている。具体的には、正面２３に一対の軸受４１を設け、その一対の軸受４１で、対向板３９の一端に設けられた回動軸４３を支持している。対向板３９は、図７、図８における矢印４５の方向に回動可能である。対向板３９は、その下面に、ＰＤ１９とレンズ４７とを備えている。

正面２３のうち、対向板３９と対向する部分に、前記第１の実施形態における移動ユニット２５と基本的には同様の移動ユニット１２５が設けられている。ただし、移動ユニット１２５は、ＰＤ１９を備えていない。

脈波を計測するとき、図８に示すように、正面２３と対向板３９とで、被験者の指３３を上下から挟む。指３３は、移動ユニット１２５を第１の方向（図８における下方向）に押し込む。その結果、移動ユニット１２５は、第１の方向に移動量ｘだけ移動する。移動ユニット１２５は、指３３に対し、第２の方向（図８における上方向）の反発力ｙを加える。反発力ｙは、移動ユニット１２５の第１の方向への移動により圧縮された反転ばね２９が発生させる。移動量ｘと反発力ｙとの関係は前記第１の実施形態と同様である。

上記の状態で、ＬＥＤ１７の光３１を指３３に向けて照射する。光３１のうち、指３３を透過したものは、レンズ４７を通過し、ＰＤ１９に入射する。ＰＤ１９は、光３１を検出し、検出信号を制御部１１に出力する。

制御部１１は、その検出信号の時系列的な変化（脈波信号）を取得する。なお、ＰＤ１９が検出した検出信号は、血管の周期的な容積変化に起因して、時間の経過とともに変化する。その検出信号の時系列的な変化である脈波信号は、血管の周期的な容積変化（脈波）を反映している。

そして、上記のように取得した脈波信号を用いて、周知の方法で被験者の血圧を推定し、推定した血圧と、心拍数と、脈波とをディスプレイ１３に表示する。
以上詳述した第２の実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｅ）に加え、以下の効果が得られる。

（２Ａ）透過型の脈波計１を容易に製造することができる。
<その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）前記第１、第２の実施形態において、反転ばね２９の代わりに、粘弾性体を用いてもよい。例えば、図９に示すように、移動ユニット２５と底面２７Ａとの間に柱状の粘弾性体４９を設けることができる。粘弾性体４９の材料は、例えば、ゴム、発泡樹脂等とすることができる。指３３が移動ユニット２５を押圧し、第１の方向（図９における右方向）に移動量ｘだけ移動ユニット２５を移動させると、粘弾性体４９は圧縮され、移動ユニット２５に対し、第２の方向（図９における左方向）への反発力ｙを加える。

移動量ｘと反発力ｙとの関係は、例えば、図１０に示すものとすることができる。移動量ｘが閾値ｘ_ｔより大きい場合は、移動量ｘが閾値ｘ_ｔ以下である場合に比べて、移動量ｘの増加量に対する反発力ｙの増加量の比率（図１０のグラフにおける傾き）が小さい。

なお、移動量ｘの増加量に対する反発力ｙの増加量の比率は、図５に示す例のように、閾値ｘ_ｔを境として急激に変化してもよいし、図１０に示す例のように、閾値ｘ_ｔを含む範囲内で徐々に変化してもよい。

また、移動量ｘと反発力ｙとの関係は、反転ばね２９や粘弾性体４９の材質、形状等を適宜選択することで任意に設定することができる。
（２）前記第２の実施形態において、筐体２１の側にＰＤ１９を備え、対向板３９の側にＬＥＤ１７を備えてもよい。

（３）前記第１、第２の実施形態において、ＬＥＤ１７以外の光照射ユニット（例えばＬＤ（レーザダイオード）等）を用いてもよい。また、ＰＤ１９以外の光検出ユニットを用いてもよい。

（４）前記第１、第２の実施形態において、ＰＤ１９で検出した光の光量が所定の閾値以上であること（指３３が正面側端面２５Ｂに接触していること）を条件として、脈波測定を開始してもよい。また、ユーザの操作をきっかけとして、脈波測定を開始してもよい。

（５）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（６）上述した脈波計の他、当該脈波計を構成要素とするシステム、当該脈波計の制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、脈波計測方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…脈波計、３…脈波センサ、５…フィルタ、７…アンプ、９…Ａ／Ｄ回路、１１…制御部、１３…ディスプレイ、１５…接触センサ、１７…ＬＥＤ、１９…ＰＤ、２１…筐体、２３…正面、２５、１２５…移動ユニット、２５Ａ…奥側端面、２５Ｂ…正面側端面、２７…収納枠、２７Ａ…底面、２８…レンズ、２９…反転ばね、３１…光、３３…指、３５…血管、３７…反射光、３９…対向板、４１…軸受、４３…回動軸、４７…レンズ、４９…粘弾性体

Claims

被験者の指に向けて光を照射する光照射ユニットと、
前記光が前記指で反射した反射光、又は前記光が前記指を透過した透過光を検出する光検出ユニットと、
前記反射光又は前記透過光に基づき、前記被験者の脈波を測定する脈波測定ユニットと、を備えた脈波計であって、
前記光照射ユニット及び前記光検出ユニットのうち少なくとも一方が取り付けられ、前記指が載置可能であり、前記指の押圧力により第１の方向に移動可能な移動ユニットと、
前記移動ユニットが前記第１の方向に移動したとき、前記移動ユニットに対し、前記第１の方向とは反対の第２の方向の反発力を加える反発力印加ユニットと、
を備え、
前記第１の方向への前記移動ユニットの移動量が所定の閾値より大きい場合は、前記閾値以下である場合に比べて、前記移動量の増加量に対する前記反発力の増加量の比率が小さいことを特徴とする脈波計。
請求項１に記載の脈波計であって、
前記移動量が前記閾値を超えたとき、前記閾値を超える前に比べて、前記反発力が低下することを特徴とする脈波計。
請求項１又は２に記載の脈波計であって、
前記反発力印加ユニットは、反転ばねであることを特徴とする脈波計。
請求項１に記載の脈波計であって、
前記反発力印加ユニットは、粘弾性体であることを特徴とする脈波計。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の脈波計であって、
前記移動量が前記閾値に達したことを検出する移動量検出ユニットを備え、
前記脈波測定ユニットは、前記移動量が前記閾値に達したことを条件として、脈波の測定を行うことを特徴とする脈波計。