JP2017018466A

JP2017018466A - 脈波計

Info

Publication number: JP2017018466A
Application number: JP2015140421A
Authority: JP
Inventors: 幸樹二ツ山; Koki Futatsuyama; 毎実神田; Tsunemi KANDA; 中島　聡; Satoshi Nakajima; 聡中島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: JP6437893B2; US20170014038A1; US9943238B2

Abstract

【課題】当接部の位置が分かりやすく、押圧力を適切にすることができる脈波計を提供すること。【解決手段】人体の部位（２５）に光を照射する光照射ユニット（３）と、前記光が前記部位において反射した反射光、又は前記光が前記部位を透過した透過光を受光する受光ユニット（５）と、前記反射光又は前記透過光に基づき脈波を計測する脈波計測ユニット（７）と、脈波の計測中に前記部位が当接する当接部（１５）と、を備え、前記当接部は、前記部位の少なくとも一部を収容可能な凹部（１７）を備えるとともに、前記凹部の内部に凸部（１９）を備えることを特徴とする脈波計（１）。【選択図】図３

Description

本発明は脈波計に関する。

従来、以下のような脈波計が知られている。脈波計は、脈波の計測中、ユーザの指先を当接させておく部分（以下、当接部とする）と、発光素子と、受光素子とを備える。発光素子は、当接部に当接している指先に光を照射する。受光素子は、指先で反射した反射光、又は指先を透過した透過光を受光する。脈波計は、受光素子における受光量の波動的な変化に基づき、脈波を計測する（特許文献１参照）。

特開平７−２１３４９８号公報

脈波を正確に計測するためには、指先を当接部に対し、適切な押圧力で当接させておく必要がある。従来の脈波計では、ユーザにとって当接部の位置が分かり難く、指先がそこからずれてしまうことがあった。また、従来の脈波計では、押圧力が過大又は過小になることがあった。

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、上述した問題を解決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、人体の部位に光を照射する光照射ユニットと、前記光が前記部位において反射した反射光、又は前記光が前記部位を透過した透過光を受光する受光ユニットと、前記反射光又は前記透過光に基づき脈波を計測する脈波計測ユニットと、脈波の計測中に前記部位が当接する当接部とを備える。

さらに、本発明の脈波計において、前記当接部は、前記部位の少なくとも一部を収容可能な凹部を備えるとともに、前記凹部の内部に凸部を備える。
本発明の脈波計によれば、人体の部位の少なくとも一部を凹部に収容することができる。そのため、脈波計測中に人体の部位の位置が安定し、脈波計測における再現性が向上する。また、凹部があることにより、ユーザは、脈波計測中に人体の部位を当接させる位置を容易に知ることができる。

また、本発明の脈波計は、凹部の内部に凸部を備える。そのため、人体の部位と当接部との接触性が向上し、その結果、脈波信号が良好に計測でき、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。ここで、ＳＮＲとは信号対雑音比である。ＳＮＲが大きいことは、脈波が良好に計測できていることを意味する。

また、本発明の脈波計では、凹部の内部に凸部を備えるので、平坦面に凸部を備える場合に比べて、人体の部位と当接部との接触圧が過度に大きくなることを抑制できる。その結果、接触圧による脈波信号の減衰を抑制でき、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。

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の構成を表す正面図である。図２におけるIII−III断面での断面図である。当接部１５の正面図である。脈波計１が実行する脈波計測処理を表すフローチャートである。第２の実施形態におけるIII−III断面での断面図である。第３の実施形態におけるIII−III断面での断面図である。第４の実施形態における脈波計１の構成を表す側面図である。

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４に基づき説明する。脈波計１の電気的構成は、図１に示すとおりである。脈波計１は、光照射ユニット３、受光ユニット５、制御ユニット７、表示ユニット９、及び入力ユニット１１を備える。

光照射ユニット３は、可視光である約５２０ｎｍの波長の緑色光をユーザの指（人体の部位の一例）に照射するＬＥＤである。受光ユニット５は、光照射ユニット３が照射した光の反射光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）である。この反射光は、ユーザの指の内部の血管で反射した光を含む。すなわち、光照射ユニット３からユーザの指に向かって光が照射されると、その光の一部が指の内部を通る小・細動脈（毛細動脈）にあたって、毛細動脈を流れる血液中のヘモグロビンに吸収され、残りの光が毛細動脈で反射して散乱し、その一部が受光ユニット５に入射する。

制御ユニット７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える公知のコンピュータである。制御ユニット７は、ＲＯＭに記憶したプログラムにより、後述する脈波計測処理を実行する。制御ユニット７が脈波を計測する原理は以下のとおりである。制御ユニット７は、まず、受光ユニット５を用いて、反射波の受光量を継続的に取得する。

反射光の受光量は、血液の脈動を反映して、波動的に変化する。それは、血液の脈動により、毛細動脈にあるヘモグロビンの量が波動的に変化し、ヘモグロビンに吸収される光の量も波動的に変化するからである。制御ユニット７は、反射波の受光量における波動的な変化を脈波情報として検出する。

表示ユニット９は液晶ディスプレイである。制御ユニット７は、表示ユニット９に、脈波の計測状況を表す表示（例えば「脈波の計測を開始しました」という表示、「計測を終了しました」という表示等）を表示する。また、制御ユニット７は、表示ユニット９に、脈波の計測結果（例えば「現在の心拍数は７５ｂｐｍです」という表示等）を表示する。

入力ユニット１１は、ユーザの入力操作を受け付けるユニットである。入力ユニット１１は、タッチパネルにより構成される。
脈波計１は、図２に示すように、箱型の筐体１３を備えており、表示ユニット９は、筐体１３における正面１３Ａに設けられている。タッチパネルである入力ユニット１１は、表示ユニット９の領域に重畳して設けられている。正面１３Ａには、脈波の計測中にユーザの指を当接させる当接部１５が設けられている。

当接部１５は、図３、図４に示すように、凹部１７を備えている。凹部１７は、正面１３Ａにおける他の部分に比べて、奥側に落ち込んだ部分である。凹部１７の断面形状は、筐体１３の奥側にゆくほど、内径が狭くなるテーパ形状である。

凹部１７の内部には、レンズ１９が取り付けられている。レンズ１９の断面形状は、上に凸の曲面形状である。この曲面形状において、レンズ１９の中央部１９Ａでの曲率は、レンズ１９の外周部１９Ｂでの曲率より小さい。レンズ１９の頂点１９Ｃ（中央部１９Ａの中心）の位置は、正面１３Ａ（凹部１７及び後述する突出部２３を除く部分）よりも低い。凹部１７の内部のうち、底面１７Ａはレンズ１９により覆われており、側面１７Ｂは露出している。

レンズ１９の内部に、基板２１と、光照射ユニット３と、受光ユニット５とが収容されている。基板２１は、光照射ユニット３及び受光ユニット５を保持している。
筐体１３は、正面１３Ａのうち、凹部１７の周囲に突出部２３を備える。突出部２３は、その外周側の正面１３Ａよりも上方に突出している。突出部２３は、図４に示すように、凹部１７の全周にわたって設けられている。図３に示すように、ユーザの指２５が当接部１５に当接しているとき、指２５の一部は凹部１７内に収容される。凹部１７、レンズ１９は、正面１３Ａに直交する方向から見たとき、円形である。

なお、制御ユニット７は、脈波計測ユニットの一例である。レンズ１９は凸部の一例である。
２．脈波計１が実行する脈波計測処理
脈波計１（特に制御ユニット７）が所定時間ごとに繰り返し実行する脈波計測処理を図５のフローチャートに基づき説明する。ステップ１では、その時点が脈波計測中であるか否かを判断する。なお、脈波計測中とは、後述するステップ６において計測開始表示を行い、その後、後述するステップ７での計測終了表示は未だ行っていない状態である。脈波計測中である場合はステップ２に進み、脈波計測中ではない場合はステップ５に進む。

ステップ２では、ユーザの指が当接部１５に当接しているか否かを判断する。なお、当接しているか否かは、当接部１５に設けた図示しない接触センサの検出信号により判断してもよいし、受光ユニット５で受光する光の受光量により判断してもよい。ユーザの指が当接部１５に当接している場合はステップ３に進み、当接していない場合はステップ７に進む。

ステップ３では、上述したようにして脈波を計測する。
ステップ４では、前記ステップ３で計測した脈波を心拍数として表示ユニット９に表示する。

一方、前記ステップ１で否定判断した場合はステップ５に進み、ユーザの指が当接部１５に当接しているか否かを判断する。その判断方法は前記ステップ２と同様である。ユーザの指が当接部１５に当接している場合はステップ６に進み、当接していない場合は本処理を終了する。

ステップ６では、表示ユニット９に計測開始表示を行う。計測開始表示とは、例えば、「脈波の計測を開始しました」という文字を表示ユニット９に表示するものである。その後、ステップ３に進む。

また、前記ステップ２で否定判断した場合はステップ７に進む。ステップ７では、表示ユニット９に計測終了表示を行う。計測終了表示とは、例えば、「脈波の計測を終了しました」という文字を表示ユニット９に表示するものである。

ステップ８では、脈波の計測を開始した時点から、脈波の計測を終了した時点までの平均心拍数を算出する。
ステップ９では、前記ステップ８で算出した平均心拍数を制御ユニット７のメモリに記憶する。

３．脈波計１が奏する効果
（１Ａ）脈波計１は、指２５の一部を収納可能な凹部１７を備える。そのため、脈波計測処理中に指２５の位置が安定し、脈波計測における再現性が向上する。また、凹部１７があることにより、ユーザは、脈波計測中に指２５を置く位置を容易に知ることができる。

（１Ｂ）脈波計１は、凹部１７の内部に、凸の形状を有するレンズ１９を備える。レンズ１９が凸の形状を有するので、指２５とレンズ１９との接触性が向上し、その結果、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。

また、凹部１７の内部に凸の形状を有するレンズ１９があるので、平坦面に凸の形状を有するレンズ１９がある場合に比べて、指２５とレンズ１９との接触圧が過大になることを抑制できる。その結果、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。特に、レンズ１９の頂点１９Ｃの位置は、正面１３Ａ（凹部１７及び突出部２３を除く部分）よりも低いので、指２５とレンズ１９との接触圧を抑制する効果が一層高い。

（１Ｃ）レンズ１９の断面形状は、上に凸の曲面形状である。そのため、指２５とレンズ１９との接触性が一層向上する。
（１Ｄ）レンズ１９の中央部１９Ａでの曲率は、外周部１９Ｂでの曲率より小さい。そのため、レンズ１９と指２５との接触面積が大きくなり、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。また、中央部１９Ａでの曲率が小さいので、レンズ１９が指２５に強い刺激を与えることを抑制できる。

（１Ｅ）凹部１７はテーパ形状を有する。そのことにより、指２５の大きさが個人ごとにばらついていても、安定して脈波計測を行うことができる。例えば、指２５が大きい場合、指２５は凹部１７のテーパ形状のうち、浅い部分で引っかかり、凹部１７の奥まで進入しにくい。指２５が大きい場合、その厚みも大きいので、一般的には、指２５がレンズ１９に接触する圧力が過大になりやすいが、上記のように、凹部１７のうち、浅い部分で指２５を留めることで、指２５がレンズ１９に接触する圧力を適正化することができる。その結果、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。

また、指２５が小さい場合、指２５は凹部１７のテーパ形状のうち、深くまで進入しやすい。指２５が小さい場合、その厚みも小さいので、一般的には、指２５がレンズ１９に接触する圧力が過小になりやすいが、上記のように、凹部１７の奥まで指２５を進入させることで、指２５がレンズ１９に接触する圧力を適正化することができる。その結果、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。

また、凹部１７がテーパ形状を有することで、指２５と凹部１７との密着性が高くなり、外乱光がレンズ１９に入り難くなる。その結果、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。
（１Ｆ）脈波計１は、凹部１７の周囲に突出部２３を有する。そのことにより、ユーザは、脈波計測中に指２５を置く位置を一層容易に知ることができる。また、突出部２３は、凹部１７の内部に外乱光が入射することを抑制する。その結果、脈波計測におけるＳＮＲが向上する。

（１Ｇ）上に凸の形状を有するレンズ１９における頂点１９Ｃは、突出部２３よりも低い。それにより、ユーザは、指２５を置く位置を容易に知ることができる。一方で、指２５自身が持つ凸形状のため、上に凸の形状を有するレンズ１９と指２５の接触は保持され、脈波のＳＮＲは良好に保たれる。
（１Ｈ）凹部１７、レンズ１９は、正面１３Ａに直交する方向から見たとき、円形である。それにより、方向に依らず安定した計測が可能になる。また、手のサイズ等により、脈波計１の持ち方が異なっても、安定した計測が可能となる。
＜第２の実施形態＞
１．脈波計１の構成
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。図６に示すように、凹部１７は、深さによらず、一定の内径を有している。

２．脈波計１が実行する脈波計測処理
本実施形態の脈波計１は、前記第１の実施形態と同様の脈波計測処理を実行する。
３．脈波計１が奏する効果
以上詳述した第２の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｄ）、（１Ｆ）、（１Ｇ）、（１Ｈ）を奏することができる。
＜第３の実施形態＞
１．脈波計１の構成
第３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。図７に示すように、筐体１３は突出部２３を備えておらず、凹部１７の周囲において、正面１３Ａは平坦である。上に凸の形状を有するレンズ１９における頂点１９Ｃは、凹部１７の周囲よりも低い。

２．脈波計１が実行する脈波計測処理
本実施形態の脈波計１は、前記第１の実施形態と同様の脈波計測処理を実行する。
３．脈波計１が奏する効果
以上詳述した第３の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｅ）、（１Ｈ）に加えて、以下の効果を奏することができる。

（３Ａ）上に凸の形状を有するレンズ１９における頂点１９Ｃは、凹部１７の外周部（周囲）よりも低い。それにより、ユーザは、指２５を置く位置を容易に知ることができる。一方で、指２５自身が持つ凸形状のため、上に凸の形状を有するレンズ１９と指２５の接触は保持され、脈波のＳＮＲは良好に保たれる。
＜第４の実施形態＞
１．脈波計１の構成
第４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。図８に示すように、脈波計１は、筐体１３に収容される本体に加えて、クリップ２７を備える。クリップ２７は、第１部材２９、及び第２部材３１を備え、それらは回動軸３３において回動自在に結合されている。また、クリップ２７は、第１部材２９における操作部３５と、第２部材における操作部３７とが離間するように付勢するバネ３９を備えている。第１部材２９における先端部４１と、第２部材３１における先端部４３とには、バネ３９により、それらを接近させる方向の力が加わる。ユーザが操作部３５、３７に力を加えてそれらを接近させれば、先端部４１、４３は離間する。ユーザが操作部３５、３７を離せば、バネ３９の弾性力により、先端部４１、４３は当接する。

本実施形態では、光照射ユニット３は、先端部４３に設けられている。光照射ユニット３と制御ユニット７とは信号線４５により接続されている。なお、受光ユニット５は、前記第１の実施形態と同様に、レンズ１９の内部に収容されている。

脈波を計測するとき、図８に示すように、クリップ２７の先端部４１と先端部４３とで、筐体１３及び指２５を挟む。このとき、指２５は筐体１３の当接部１５に当接している。クリップ２７の向きは、先端部４３が指２５に当接し、先端部４１が筐体１３のうち、背面１３Ｂに当接する向きとする。

先端部４３に設けられた光照射ユニット３が照射した光４７は、指２５を透過し、受光ユニット５に入射する。このとき、光４７の一部は、指２５の内部を通る小・細動脈（毛細動脈）にあたって、毛細動脈を流れる血液中のヘモグロビンに吸収され、残りの光が受光ユニット５に入射する。受光ユニット５に入射する光（透過光）の受光量は、血液の脈動を反映して、波動的に変化する。それは、血液の脈動により、毛細動脈にあるヘモグロビンの量が波動的に変化し、ヘモグロビンに吸収される光の量も波動的に変化するからである。制御ユニット７は、透過光の受光量における波動的な変化を脈波情報として検出する。

２．脈波計１が実行する脈波計測処理
本実施形態の脈波計１は、前記第１の実施形態と同様の脈波計測処理を実行する。
３．脈波計１が奏する効果
以上詳述した第４の実施形態によれば、前述した第１の実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｈ）が得られる。
＜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）脈波を計測する人体の部位は指以外（例えば、掌、耳、脚等）であってもよい。
（２）前記第２の実施形態において、筐体１３は突出部２３を備えていなくてもよい。
（３）前記第４の実施形態において、凹部１７の形状は、前記第２の実施形態と同様であってもよい。また、前記第４の実施形態において、筐体１３は突出部２３を備えていなくてもよい。

（４）前記第１〜第４の実施形態において、レンズ１９の中央部１９Ａでの曲率は、外周部１９Ｂでの曲率と同じであってもよい。
（５）前記第４の実施形態において、受光ユニット５が先端部４３に設けられ、光照射ユニット３がレンズ１９内に設けられていてもよい。

（６）前記第１、第２、第４の実施形態において、突出部２３は、凹部１７の周囲のうち、一部に設けられていてもよい。
（７）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。

（８）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、当該脈波計の制御ユニット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…光照射ユニット、５…受光ユニット、７…制御ユニット、９…表示ユニット、１１…入力ユニット、１３…筐体、１３Ａ…正面、１３Ｂ…背面、１５…当接部、１７…凹部、１７Ａ…底面、１７Ｂ…側面、１９…レンズ、１９Ａ…中央部、１９Ｂ…外周部、１９Ｃ…頂点、２１…基板、２３…突出部、２５…指、２７…クリップ、２９…第１部材、３１…第２部材、３３…回動軸、３５、３７…操作部、３９…バネ、４１、４３…先端部、４５…信号線、４７…光

Claims

人体の部位（２５）に光を照射する光照射ユニット（３）と、
前記光が前記部位において反射した反射光、又は前記光が前記部位を透過した透過光を受光する受光ユニット（５）と、
前記反射光又は前記透過光に基づき脈波を計測する脈波計測ユニット（７）と、
脈波の計測中に前記部位が当接する当接部（１５）と、
を備え、
前記当接部は、前記部位の少なくとも一部を収容可能な凹部（１７）を備えるとともに、前記凹部の内部に凸部（１９）を備えることを特徴とする脈波計（１）。
請求項１に記載の脈波計であって、
前記凸部の断面形状は、上に凸の曲面形状であることを特徴とする脈波計。
請求項２に記載の脈波計であって、
前記上に凸の曲面形状は、前記凸部のうちの中央部（１９Ａ）の曲率が、前記凸部のうちの外周部（１９Ｂ）の曲率よりも小さい形状であることを特徴とする脈波計。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の脈波計であって、
前記凹部の断面形状は、テーパ形状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、
前記凹部の周囲に突出部（２３）を有することを特徴とする脈波計。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の脈波計であって、
前記凸部は、前記凹部の周囲よりも低いことを特徴とする脈波計。
請求項５に記載の脈波計であって、
前記凸部は、前記突出部よりも低いことを特徴とする脈波計。