JP3387171B2 - 脈波検出装置および運動強度測定装置 - Google Patents
脈波検出装置および運動強度測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、生体が運動している
場合においても,脈拍,脈波あるいは運動強度を正確に検
出することができる脈波検出装置および運動強度測定装
置に関する。
場合においても,脈拍,脈波あるいは運動強度を正確に検
出することができる脈波検出装置および運動強度測定装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】生体から脈拍や脈波を検出する装置は、
種々のものが開発されているが、そのほとんどは生体が
安静な状態でないと正確な測定ができない。これは、生
体が動くと、その体動と脈波とが混合されて検出されて
しまい、脈波だけを抽出して観測することができなくな
るためである。
種々のものが開発されているが、そのほとんどは生体が
安静な状態でないと正確な測定ができない。これは、生
体が動くと、その体動と脈波とが混合されて検出されて
しまい、脈波だけを抽出して観測することができなくな
るためである。
【０００３】一方、運動中の人の脈拍や脈波の状態を検
出することは、運動管理や健康管理に極めて重要なこと
であるため、運動中の生体の脈を正確に検出したいとい
う要求は高い。
出することは、運動管理や健康管理に極めて重要なこと
であるため、運動中の生体の脈を正確に検出したいとい
う要求は高い。
【０００４】ここで、特公昭６３−３４７３１号公報に
示される脈拍計は、脈拍が中心的な値から所定の範囲以
上に乱れた場合は、それをキャンセルし、正常な脈のみ
を用いて脈拍を検出するようにしている。したがって、
この装置によれば、生体が一時的に僅かに動いて脈が乱
れるような場合には、その乱れた脈の部分をキャンセル
し、正しい脈に対してだけ検出を行うことができる。
示される脈拍計は、脈拍が中心的な値から所定の範囲以
上に乱れた場合は、それをキャンセルし、正常な脈のみ
を用いて脈拍を検出するようにしている。したがって、
この装置によれば、生体が一時的に僅かに動いて脈が乱
れるような場合には、その乱れた脈の部分をキャンセル
し、正しい脈に対してだけ検出を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の装置にあっては、生体が連続的に運動を行う場
合には、脈拍が順次変化していくため、キャンセルする
脈が多くなり、正確な脈の検出は全くできなくなるとい
う欠点があった。
た従来の装置にあっては、生体が連続的に運動を行う場
合には、脈拍が順次変化していくため、キャンセルする
脈が多くなり、正確な脈の検出は全くできなくなるとい
う欠点があった。
【０００６】さらに、運動中の生体、特に人体の運動強
度が測定できれば、その運動量の管理に極めて好適であ
るが、従来装置では運動強度の測定は不可能であった。
度が測定できれば、その運動量の管理に極めて好適であ
るが、従来装置では運動強度の測定は不可能であった。
【０００７】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たもので、生体の体動と血液脈動とを識別することがで
きる脈波検出装置を提供することを目的としている。
たもので、生体の体動と血液脈動とを識別することがで
きる脈波検出装置を提供することを目的としている。
【０００８】また、この発明の他の目的は、生体の運動
強度を検出する運動強度検出装置を提供することにあ
る。
強度を検出する運動強度検出装置を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の脈波検出装置においては、異なる複数
の波長の光を生体の組織に照射したときに得られる透過
光または反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記
光量検出手段が検出した検出結果から、前記複数の波長
の内の第１の波長に含まれる所定の２つの周波数におけ
る振幅の比率と、前記複数の波長の内の第２の波長に含
まれる前記所定の２つの周波数における振幅の比率とを
比較する周波数解析手段と、前記周波数解析手段による
前記振幅の比率の比較結果から前記生体の脈波の周波数
成分を特定し脈拍数を算出する脈波算出手段とを具備す
ることを特徴とする。
ために、本発明の脈波検出装置においては、異なる複数
の波長の光を生体の組織に照射したときに得られる透過
光または反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記
光量検出手段が検出した検出結果から、前記複数の波長
の内の第１の波長に含まれる所定の２つの周波数におけ
る振幅の比率と、前記複数の波長の内の第２の波長に含
まれる前記所定の２つの周波数における振幅の比率とを
比較する周波数解析手段と、前記周波数解析手段による
前記振幅の比率の比較結果から前記生体の脈波の周波数
成分を特定し脈拍数を算出する脈波算出手段とを具備す
ることを特徴とする。
【００１０】また本発明においては、前記周波数解析手
段はフーリエ変換手段を含むことを特徴とする。
段はフーリエ変換手段を含むことを特徴とする。
【００１１】また本発明においては、前記脈波算出手段
により特定された前記脈波の周波数成分とその高調波成
分のみを通過させるフィルタ手段を備えることをを特徴
とする。
により特定された前記脈波の周波数成分とその高調波成
分のみを通過させるフィルタ手段を備えることをを特徴
とする。
【００１２】また本発明においては、前記脈波算出手段
の算出結果を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶
内容を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
の算出結果を記憶する記憶手段と、前記記憶手段の記憶
内容を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】また本発明においては、前記記憶手段は前
記フィルタ手段の出力波形を記憶することを特徴とす
る。
記フィルタ手段の出力波形を記憶することを特徴とす
る。
【００１４】また本発明においては、前記光量検出手段
は、前記異なる複数の波長の光を照射する複数の発光手
段および前記複数の発光手段の反射光を受光する複数の
受光手段を有し、前記複数の発光手段および前記複数の
受光手段は、各々指の幅方向に沿って配列されることを
特徴とする。
は、前記異なる複数の波長の光を照射する複数の発光手
段および前記複数の発光手段の反射光を受光する複数の
受光手段を有し、前記複数の発光手段および前記複数の
受光手段は、各々指の幅方向に沿って配列されることを
特徴とする。
【００１５】また本発明においては、前記光量検出手
段、前記周波数解析手段および前記脈波算出手段の内の
少なくともいずれか一つは、測定時においてのみ給電さ
れるように構成されていることを特徴とする。
段、前記周波数解析手段および前記脈波算出手段の内の
少なくともいずれか一つは、測定時においてのみ給電さ
れるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】また本発明においては、前記光量検出手段
は、間欠的に設定された測定タイミングにおいてのみ給
電されるように構成されていることを特徴とする。
は、間欠的に設定された測定タイミングにおいてのみ給
電されるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】また本発明においては、前記給電は、パル
ス電流による給電であることを特徴とする。
ス電流による給電であることを特徴とする。
【００１８】更に上述した課題を解決するために、本発
明の運動強度測定装置においては、異なる複数の波長の
光を生体の組織に照射したときに得られる透過光または
反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記光量検出
手段が検出した検出結果から、前記複数の波長の内の第
１の波長に含まれる所定の２つの周波数における振幅の
比率と、前記複数の波長の内の第２の波長に含まれる前
記所定の２つの周波数における振幅の比率とを比較し、
その比較結果から前記生体の体動波と脈波を識別する識
別手段と、前記識別手段によって識別された、前記第１
の波長に含まれる体動波の振幅と、前記第２の波長に含
まれる体動波の振幅との比率の変化から前記生体の運動
強度を測定する測定手段と、を具備することを 特徴と
する。
明の運動強度測定装置においては、異なる複数の波長の
光を生体の組織に照射したときに得られる透過光または
反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記光量検出
手段が検出した検出結果から、前記複数の波長の内の第
１の波長に含まれる所定の２つの周波数における振幅の
比率と、前記複数の波長の内の第２の波長に含まれる前
記所定の２つの周波数における振幅の比率とを比較し、
その比較結果から前記生体の体動波と脈波を識別する識
別手段と、前記識別手段によって識別された、前記第１
の波長に含まれる体動波の振幅と、前記第２の波長に含
まれる体動波の振幅との比率の変化から前記生体の運動
強度を測定する測定手段と、を具備することを 特徴と
する。
【００１９】また本発明においては、異なる複数の波長
の光を生体の組織に照射したときに得られる透過光また
は反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記光量検
出手段が検出した検出結果から、前記複数の波長の内の
第１の波長に含まれる所定の２つの周波数における振幅
の比率と、前記複数の波長の内の第２の波長に含まれる
前記所定の２つの周波数における振幅の比率とを比較
し、その比較結果から前記生体の体動波と脈波を識別す
る識別手段と、前記識別手段によって識別された、前記
第１の波長に含まれる体動波と脈波の振幅の比率を第１
の比率とし、前記第２の波長に含まれる体動波と脈波の
振幅の比率を第２の比率としたときに、前記第１の比率
と前記第２の比率との比率の変化から前記生体の運動強
度を測定する測定手段と、を具備することを特徴とす
る。
の光を生体の組織に照射したときに得られる透過光また
は反射光の光量を検出する光量検出手段と、前記光量検
出手段が検出した検出結果から、前記複数の波長の内の
第１の波長に含まれる所定の２つの周波数における振幅
の比率と、前記複数の波長の内の第２の波長に含まれる
前記所定の２つの周波数における振幅の比率とを比較
し、その比較結果から前記生体の体動波と脈波を識別す
る識別手段と、前記識別手段によって識別された、前記
第１の波長に含まれる体動波と脈波の振幅の比率を第１
の比率とし、前記第２の波長に含まれる体動波と脈波の
振幅の比率を第２の比率としたときに、前記第１の比率
と前記第２の比率との比率の変化から前記生体の運動強
度を測定する測定手段と、を具備することを特徴とす
る。
【００２０】また本発明においては、前記第１の波長ま
たは前記第２の波長の光の内のいずれか一方は、酸素ヘ
モグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光度が変化しない
波長の光であり、前記測定手段は、前記検出結果の内の
この光に含まれる脈波の振幅を基準値とし、前記基準値
に対して、前記検出結果の他方の光に含まれる脈波の振
幅とを比較することにより、前記生体の運動強度を測定
することを特徴とする。
たは前記第２の波長の光の内のいずれか一方は、酸素ヘ
モグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光度が変化しない
波長の光であり、前記測定手段は、前記検出結果の内の
この光に含まれる脈波の振幅を基準値とし、前記基準値
に対して、前記検出結果の他方の光に含まれる脈波の振
幅とを比較することにより、前記生体の運動強度を測定
することを特徴とする。
【００２１】また本発明においては、前記測定手段の測
定結果を記憶する運動強度記憶手段と、前記運動強度記
憶手段内の測定結果を表示する運動強度表示手段とを具
備することを特徴とする。
定結果を記憶する運動強度記憶手段と、前記運動強度記
憶手段内の測定結果を表示する運動強度表示手段とを具
備することを特徴とする。
【００２２】また本発明においては、前記光量検出手段
は、前記異なる複数の波長の光を照射する複数の発光手
段および前記複数の発光手段の反射光を受光する複数の
受光手段を有し、前記複数の発光手段および前記複数の
受光手段は、各々指の幅方向に沿って配列されることを
特徴とする。
は、前記異なる複数の波長の光を照射する複数の発光手
段および前記複数の発光手段の反射光を受光する複数の
受光手段を有し、前記複数の発光手段および前記複数の
受光手段は、各々指の幅方向に沿って配列されることを
特徴とする。
【００２３】また本発明においては、前記光量検出手
段、前記識別手段、前記測定手段の内の少なくともいず
れか一つは、測定時においてのみ給電されるように構成
されていることを特徴とする。
段、前記識別手段、前記測定手段の内の少なくともいず
れか一つは、測定時においてのみ給電されるように構成
されていることを特徴とする。
【００２４】また本発明においては、 前記光量検出手
段は、間欠的に設定された測定タイミングにおいてのみ
給電されるように構成されていることを特徴とする。
段は、間欠的に設定された測定タイミングにおいてのみ
給電されるように構成されていることを特徴とする。
【００２５】また本発明においては、 前記給電は、パ
ルス電流による給電であることを特徴とする。
ルス電流による給電であることを特徴とする。
【００２６】
【作用】異なる波長の光を生体組織に照射したときに得
られる透過光または反射光の光量は、動脈中の酸素ヘモ
グロビンと静脈中の還元ヘモグロビンの吸光率の影響を
受ける。この場合、酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビ
ンとでは、光の波長によって吸光率が異なる。また、生
体が運動している場合には、その体動が動脈血および静
脈血の双方に重畳される。したがって、光量検出手段が
検出する光量は、波長による吸光率の影響および体動に
よる影響を受ける。このため、前記光量検出手段の検出
信号に含まれる周波数成分の振幅を、前記各波長の光に
ついて比較すると、その振幅の比の関係から前記生体の
体動波と脈波が識別される。
られる透過光または反射光の光量は、動脈中の酸素ヘモ
グロビンと静脈中の還元ヘモグロビンの吸光率の影響を
受ける。この場合、酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビ
ンとでは、光の波長によって吸光率が異なる。また、生
体が運動している場合には、その体動が動脈血および静
脈血の双方に重畳される。したがって、光量検出手段が
検出する光量は、波長による吸光率の影響および体動に
よる影響を受ける。このため、前記光量検出手段の検出
信号に含まれる周波数成分の振幅を、前記各波長の光に
ついて比較すると、その振幅の比の関係から前記生体の
体動波と脈波が識別される。
【００２７】また、還元ヘモグロビンの吸光度は、その
酸素結合度、すなわち、運動強度に応じて変動する。し
たがって、体動波と脈波が識別されれば、体動波の振幅
を、前記異なる波長の光について比較し、その振幅の比
の変化から前記生体の運動強度が測定される。また、体
動波と脈波の振幅を比較し、その振幅の比の変化からも
前記生体の運動強度を測定することができる。
酸素結合度、すなわち、運動強度に応じて変動する。し
たがって、体動波と脈波が識別されれば、体動波の振幅
を、前記異なる波長の光について比較し、その振幅の比
の変化から前記生体の運動強度が測定される。また、体
動波と脈波の振幅を比較し、その振幅の比の変化からも
前記生体の運動強度を測定することができる。
【００２８】酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで
吸光度が変化しない波長の光を、測定光の一つとして用
いれば、この光の受光光量は基準値として用いることが
できる。
吸光度が変化しない波長の光を、測定光の一つとして用
いれば、この光の受光光量は基準値として用いることが
できる。
【００２９】また、光量検出手段の検出信号を周波数解
析し、この解析結果が予め定めたいずれの態様に属する
かによっても、脈拍数を算出することができる。
析し、この解析結果が予め定めたいずれの態様に属する
かによっても、脈拍数を算出することができる。
【００３０】周波数解析の一手段として、フーリエ変換
を用い、これにより得られるスペクトラムを比較するこ
とによって、脈拍数を特定することができる。
を用い、これにより得られるスペクトラムを比較するこ
とによって、脈拍数を特定することができる。
【００３１】さらに、特定した周波数成分およびその高
調波成分を通過させるフィルタ手段とを具備すれば、脈
波を検出することができる。
調波成分を通過させるフィルタ手段とを具備すれば、脈
波を検出することができる。
【００３２】
【実施例】Ａ：本発明の検出原理
本発明による脈波および運動量の検出原理は以下のとお
りである。 （ａ）光による脈検出の原理 始めに、光による血液脈動検出の原理について説明す
る。
りである。 （ａ）光による脈検出の原理 始めに、光による血液脈動検出の原理について説明す
る。
【００３３】薄い膜に光を照射した場合、入射光と透過
光の比は、物質の濃度と光路長に比例した分だけ減少す
る。このことは、「ランバートベール」の法則として周
知のことである。
光の比は、物質の濃度と光路長に比例した分だけ減少す
る。このことは、「ランバートベール」の法則として周
知のことである。
【００３４】この法則によれば、物質の濃度が以下のよ
うにして求められる。
うにして求められる。
【００３５】まず、図３の（ａ）に示すように、物質Ｍ
の濃度をＣ、微少光路長をΔＬ、入射光の光量をＩｉ
ｎ、透過光の光量をＩｏｕｔ、物質Ｍの吸光係数をｋと
すると、次式が成立する。
の濃度をＣ、微少光路長をΔＬ、入射光の光量をＩｉ
ｎ、透過光の光量をＩｏｕｔ、物質Ｍの吸光係数をｋと
すると、次式が成立する。
【００３６】
【数１】Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ＝１−ｋＣΔＬ
ここで、図３の（ｂ）に示すように、光路長を５倍する
と、数１の関係は次のように変化する。
と、数１の関係は次のように変化する。
【００３７】
【数２】Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ＝（１−ｋＣΔＬ）５
これは、例えば図３（ａ）の入射光量Ｉｉｎが１０のと
きに、その透過光量が９であるとすると、図３（ｂ）の
場合には、入射光量１０に対して透過光量が５．９とな
り、すなわち、Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ＝０．９5となること
である。
きに、その透過光量が９であるとすると、図３（ｂ）の
場合には、入射光量１０に対して透過光量が５．９とな
り、すなわち、Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ＝０．９5となること
である。
【００３８】したがって、任意の距離Ｌに対する入射光
量と透過光量の関係は、数１を積分して、
量と透過光量の関係は、数１を積分して、
【００３９】
【数３】ｌｏｇ（Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎ）＝（−ｋＣＬ）
となる。この数３を変形すると、
【００４０】
【数４】Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎ×ｅｘｐ（−ｋＣＬ）
となり、ここから判るように、入射光量Ｉｉｎ、吸光係
数ｋおよび光路長Ｌが一定であるなら、透過光量Ｉｏｕ
ｔを測定することにより、物質Ｍの濃度変化を測定する
ことができる。
数ｋおよび光路長Ｌが一定であるなら、透過光量Ｉｏｕ
ｔを測定することにより、物質Ｍの濃度変化を測定する
ことができる。
【００４１】また、透過光量に代えて物質Ｍで反射され
る反射光を測定しても、上述の場合と全く同様の原理で
濃度変化が測定ができる。
る反射光を測定しても、上述の場合と全く同様の原理で
濃度変化が測定ができる。
【００４２】さて、図４は、人の血管部分に外部から光
を照射したときの吸光度の分布を示す図であり、Ｉ2は
組織による吸光成分、Ｉ3は静脈血による吸光成分、Ｉ4
は動脈血による吸光成分である。
を照射したときの吸光度の分布を示す図であり、Ｉ2は
組織による吸光成分、Ｉ3は静脈血による吸光成分、Ｉ4
は動脈血による吸光成分である。
【００４３】この場合、組織による吸光成分Ｉ2は組織
濃度が変化しないため一定である。また、静脈血による
吸光成分Ｉ3も一定である。これは、静脈には脈動がな
く、濃度変化がないためである。図５は、このことを示
す図であり、心臓から送り出された血液の脈動が次第に
なくなり、静脈においては完全に消えている。
濃度が変化しないため一定である。また、静脈血による
吸光成分Ｉ3も一定である。これは、静脈には脈動がな
く、濃度変化がないためである。図５は、このことを示
す図であり、心臓から送り出された血液の脈動が次第に
なくなり、静脈においては完全に消えている。
【００４４】動脈血による吸光成分Ｉ4は、脈拍に対応
した濃度変化があるため、吸光度が変化する。したがっ
て、血管に光を照射して、その透過光または反射光の光
量変化を測定することにより、脈拍を測定できることに
なる。なお、上述した測定原理については、例えば、特
公平２−４４５３４号公報にも記載されている。
した濃度変化があるため、吸光度が変化する。したがっ
て、血管に光を照射して、その透過光または反射光の光
量変化を測定することにより、脈拍を測定できることに
なる。なお、上述した測定原理については、例えば、特
公平２−４４５３４号公報にも記載されている。
【００４５】ところで、人が運動しているときは、その
体動の影響が静脈に及び、静脈血の流れが動的になっ
て、その吸光度が変動する。同様に、手足の振りによっ
て組織が振動するため、この部分の吸光度も変動する。
したがって、運動中においては、血管に照射した光の透
過光や反射光の光量を単に検出しても、脈拍を検出する
ことはできない。 （ｂ）運動中の脈波検出の原理 次に、運動中の脈拍検出の原理を説明する。
体動の影響が静脈に及び、静脈血の流れが動的になっ
て、その吸光度が変動する。同様に、手足の振りによっ
て組織が振動するため、この部分の吸光度も変動する。
したがって、運動中においては、血管に照射した光の透
過光や反射光の光量を単に検出しても、脈拍を検出する
ことはできない。 （ｂ）運動中の脈波検出の原理 次に、運動中の脈拍検出の原理を説明する。
【００４６】まず、図６の曲線Ｃ１およびＣ２は、各々
心臓から送り出されるヘモグロビン（酸素と十分に結合
したヘモグロビン：以下、酸素ヘモグロビンという）
と、身体で酸素が消費され静脈を介して心臓に戻るヘモ
グロビン（以下、還元ヘモグロビンという）の吸光スペ
クトルを示しており、図示のように、波長によって吸光
度が変化する。すなわち、酸素ヘモグロビンは赤外光
（ピーク値９４０ｎｍ）を強く吸収し、還元ヘモグロビ
ンは赤色光（ピーク値６６０ｎｍ）を強く吸収する。ま
た、双方とも８０５ｎｍ付近の光については、吸光度が
同じである。
心臓から送り出されるヘモグロビン（酸素と十分に結合
したヘモグロビン：以下、酸素ヘモグロビンという）
と、身体で酸素が消費され静脈を介して心臓に戻るヘモ
グロビン（以下、還元ヘモグロビンという）の吸光スペ
クトルを示しており、図示のように、波長によって吸光
度が変化する。すなわち、酸素ヘモグロビンは赤外光
（ピーク値９４０ｎｍ）を強く吸収し、還元ヘモグロビ
ンは赤色光（ピーク値６６０ｎｍ）を強く吸収する。ま
た、双方とも８０５ｎｍ付近の光については、吸光度が
同じである。
【００４７】上述した両者の吸光特性の違いは、結合し
ている酸素の量に起因しており、酸素を消費する量によ
って曲線Ｃ１から曲線Ｃ２に近づいていく。
ている酸素の量に起因しており、酸素を消費する量によ
って曲線Ｃ１から曲線Ｃ２に近づいていく。
【００４８】ところで、人が運動すると、身体が消費す
る酸素量が増えるため、還元ヘモグロビンの吸光特性は
酸素消費量に応じて変化する。これに対し、動脈血中の
ヘモグロビンの酸素結合度（すなわち、動脈血の酸素飽
和度）は、運動強度に関わらず一定であることが知られ
ている。したがって、異なる波長の光を用いて測定を行
えば、その測定結果を比較することにより、生体の運動
強度が求められる。この場合、例えば、９４０ｎｍと６
６０ｎｍの波長の光を用いれば、運動強度の変化を大き
く取り出すことができる。
る酸素量が増えるため、還元ヘモグロビンの吸光特性は
酸素消費量に応じて変化する。これに対し、動脈血中の
ヘモグロビンの酸素結合度（すなわち、動脈血の酸素飽
和度）は、運動強度に関わらず一定であることが知られ
ている。したがって、異なる波長の光を用いて測定を行
えば、その測定結果を比較することにより、生体の運動
強度が求められる。この場合、例えば、９４０ｎｍと６
６０ｎｍの波長の光を用いれば、運動強度の変化を大き
く取り出すことができる。
【００４９】次に、生体が運動をすると、その体動が血
液に影響するため、血管に照射した光の透過光もしくは
反射光には、体動成分に伴う脈動が重畳される。したが
って、重畳された体動成分を識別しなければ、脈波の検
出も、運動量の検出も不可能になる。以下においては、
この点について考察する。
液に影響するため、血管に照射した光の透過光もしくは
反射光には、体動成分に伴う脈動が重畳される。したが
って、重畳された体動成分を識別しなければ、脈波の検
出も、運動量の検出も不可能になる。以下においては、
この点について考察する。
【００５０】まず、光による脈波検出時の受光光量は、
安静時においては、次のように数式化することができ
る。
安静時においては、次のように数式化することができ
る。
【００５１】
【数５】
安静時の受光光量＝出射光量−組織による吸収量
−Ｋ動・（動脈直流分＋脈振幅・Ｆ（θM））−Ｋ静・静脈レベル
ここで、Ｋ動は動脈血の吸光率、Ｋ静は静脈血の吸光
率、動脈直流分は動脈血のうちの直流成分（脈動しない
成分）、静脈レベルは静脈血の流量である（なお、静脈
に脈動成分がないことは前述したとおりである）。ま
た、脈振幅・Ｆ（θM）は動脈血の交流分であり、言い
替えればヘモグロビン量の交流的な変動振幅（脈振幅）
と周波数（θM）を有する周期関数である。
率、動脈直流分は動脈血のうちの直流成分（脈動しない
成分）、静脈レベルは静脈血の流量である（なお、静脈
に脈動成分がないことは前述したとおりである）。ま
た、脈振幅・Ｆ（θM）は動脈血の交流分であり、言い
替えればヘモグロビン量の交流的な変動振幅（脈振幅）
と周波数（θM）を有する周期関数である。
【００５２】次に、運動時においては、動脈にも静脈に
も体動による脈動成分が重畳されるから、この成分を数
５に加えれば、運動時の受光光量についても数式化する
ことができる。ここでは、運動の一例として、腕を振っ
た場合を例にとると、次式のようになる。
も体動による脈動成分が重畳されるから、この成分を数
５に加えれば、運動時の受光光量についても数式化する
ことができる。ここでは、運動の一例として、腕を振っ
た場合を例にとると、次式のようになる。
【００５３】
【数６】
運動時の受光光量＝出射光量−組織による吸収量
−Ｋ動・（動脈直流分＋脈振幅・Ｆ（θM）＋腕振幅・Ｆ'（θｓ））
−Ｋ静・（静脈レベル＋腕振幅・Ｆ'（θｓ））
ここで、（腕振幅・Ｆ'（θｓ））は、腕振りのピッチ
によって変動を受けるヘモグロビン量の交流成分の振幅
（腕振幅）および周波数（θｓ）を有する周期関数であ
る。
によって変動を受けるヘモグロビン量の交流成分の振幅
（腕振幅）および周波数（θｓ）を有する周期関数であ
る。
【００５４】さて、数６で示される受光光量を異なる２
つの波長（ここでは、６６０ｎｍと９４０ｎｍ）につい
て検出した場合を数式化すると以下のようになる。
つの波長（ここでは、６６０ｎｍと９４０ｎｍ）につい
て検出した場合を数式化すると以下のようになる。
【００５５】
【数７】
運動時の受光光量660＝出射光量660−組織による吸収量660
−Ｋ動660・（動脈直流分＋脈振幅・Ｆ（θM）＋腕振幅・Ｆ'（θｓ））
−Ｋ静660・（静脈レベル＋腕振幅・Ｆ'（θｓ））
【００５６】
【数８】
運動時の受光光量940＝出射光量940−組織による吸収量940
−Ｋ動940・（動脈直流分＋脈振幅・Ｆ（θM）＋腕振幅・Ｆ'（θｓ））
−Ｋ静940・（静脈レベル＋腕振幅・Ｆ'（θｓ））
上述した数７および数８における添え字660，940は各々
波長を示しており、添え字がついた項や係数は、その波
長における値を示している。
波長を示しており、添え字がついた項や係数は、その波
長における値を示している。
【００５７】さて、数７、数８で示される受光光量は、
時間軸上では変動する周期的信号であり、以下では受光
信号ということにする。今、これらの受光信号を各々フ
ーリエ変換すると、それぞれの信号に含まれる周波数成
分の振幅値が検出される。例えば、図７の（ａ）に示す
ように６６０ｎｍの波長においては、周波数θMのとこ
ろで、Ｋ動660・脈振幅、すなわち、動脈血の脈動周波
数成分における振幅が検出され、また、周波数θｓのと
ころで（Ｋ動660+Ｋ静660）腕振幅、すなわち、静脈と
動脈の双方に重畳された腕ストロークの周波数における
振幅が検出される。そして、同図（ｂ）に示すように、
９４０ｎｍの波長においても、同じ周波数においてそれ
ぞれの振幅が検出される。
時間軸上では変動する周期的信号であり、以下では受光
信号ということにする。今、これらの受光信号を各々フ
ーリエ変換すると、それぞれの信号に含まれる周波数成
分の振幅値が検出される。例えば、図７の（ａ）に示す
ように６６０ｎｍの波長においては、周波数θMのとこ
ろで、Ｋ動660・脈振幅、すなわち、動脈血の脈動周波
数成分における振幅が検出され、また、周波数θｓのと
ころで（Ｋ動660+Ｋ静660）腕振幅、すなわち、静脈と
動脈の双方に重畳された腕ストロークの周波数における
振幅が検出される。そして、同図（ｂ）に示すように、
９４０ｎｍの波長においても、同じ周波数においてそれ
ぞれの振幅が検出される。
【００５８】ここで、図６の吸光度特性を鑑みれば、各
波長に光に対する動脈血および静脈血の吸光度の関係
は、図８に示すようになっている。すなわち、
波長に光に対する動脈血および静脈血の吸光度の関係
は、図８に示すようになっている。すなわち、
【００５９】
【数９】
Ｋ動６６０＜Ｋ静６６０、および、Ｋ動９４０＞Ｋ静９４０
なる関係がある。したがって、例えば、図９に示すよう
に、周波数成分ｆ1とｆ2の振幅が波長６６０ｎｍのとき
に各々ａ，ｂであり、また、波長９４０ｎｍのときに各
々ｃ，ｄであった場合は、（ａ／ｂ）＜（ｃ／ｄ）また
は（ｃ／ａ）＞（ｄ／ｂ）が成り立てば、ｆ1が動脈の
周波数であり、ｆ2が腕の振りによる周波数であること
が判る。
に、周波数成分ｆ1とｆ2の振幅が波長６６０ｎｍのとき
に各々ａ，ｂであり、また、波長９４０ｎｍのときに各
々ｃ，ｄであった場合は、（ａ／ｂ）＜（ｃ／ｄ）また
は（ｃ／ａ）＞（ｄ／ｂ）が成り立てば、ｆ1が動脈の
周波数であり、ｆ2が腕の振りによる周波数であること
が判る。
【００６０】以上のようにしていずれが動脈の周波数で
あるかが識別されれば、その周波数を１分あたりに換算
して脈拍が求められる。このようにして、運動中の生体
から脈拍が検出される。
あるかが識別されれば、その周波数を１分あたりに換算
して脈拍が求められる。このようにして、運動中の生体
から脈拍が検出される。
【００６１】ここで、実験結果の一例を図１０に示す。
この図の（ａ）および（ｂ）は、各々６６０ｎｍおよび
９４０ｎｍの波長を用いて測定を行った場合の検出信号
の周波数スペクトラムである。なお、この実験は、心電
計をつけて脈拍周波数を予め特定できるようにし、被測
定者がメトロノームに併せて一定のピッチで腕を振るよ
うにして行った（ランニングを行うときのように腕を振
った）。また、これらの図に示すＳ１は、腕振りピッチ
（体動）の基本周波数、Ｓ２は腕振りピッチの第２高調
波であり、Ｍ１は血液脈動の基本周波数（すなわち、脈
拍）である。
この図の（ａ）および（ｂ）は、各々６６０ｎｍおよび
９４０ｎｍの波長を用いて測定を行った場合の検出信号
の周波数スペクトラムである。なお、この実験は、心電
計をつけて脈拍周波数を予め特定できるようにし、被測
定者がメトロノームに併せて一定のピッチで腕を振るよ
うにして行った（ランニングを行うときのように腕を振
った）。また、これらの図に示すＳ１は、腕振りピッチ
（体動）の基本周波数、Ｓ２は腕振りピッチの第２高調
波であり、Ｍ１は血液脈動の基本周波数（すなわち、脈
拍）である。
【００６２】ここで、Ｍ１とＳ１の比を、図１０の
（ａ）と（ｂ）について比較すれば、上述した関係式か
ら、Ｍ１が脈拍であることが識別される。そして、この
ときの脈拍値は心電計による心拍値と一致した。 （ｃ）運動量の検出原理 動脈周波数と体動周波数とが識別されている状態におい
て、各周波数成分の振幅を比較することができ、これに
より、生体の運動強度を検出することができる。すなわ
ち、図９の（ａ）、（ｂ）において、体動（ストロー
ク）の周波数θｓの振幅は、動脈血と静脈血による光の
吸収度によって左右されるが、動脈血の吸光度は運動強
度が変動しても一定であるのに対し、静脈血の吸光度は
運動強度（酸素消費度）に応じて変動するから、この関
係を用い以下のようにして運動強度が求められる。
（ａ）と（ｂ）について比較すれば、上述した関係式か
ら、Ｍ１が脈拍であることが識別される。そして、この
ときの脈拍値は心電計による心拍値と一致した。 （ｃ）運動量の検出原理 動脈周波数と体動周波数とが識別されている状態におい
て、各周波数成分の振幅を比較することができ、これに
より、生体の運動強度を検出することができる。すなわ
ち、図９の（ａ）、（ｂ）において、体動（ストロー
ク）の周波数θｓの振幅は、動脈血と静脈血による光の
吸収度によって左右されるが、動脈血の吸光度は運動強
度が変動しても一定であるのに対し、静脈血の吸光度は
運動強度（酸素消費度）に応じて変動するから、この関
係を用い以下のようにして運動強度が求められる。
【００６３】周波数θｓについての振幅を、波長６６
０ｎｍまたは９４０ｎｍの光について適宜サンプリング
すれば、そのサンプリング値の変化の状況は運動強度を
反映することになるので、生体の運動中における運動強
度の変化を検出することができる。
０ｎｍまたは９４０ｎｍの光について適宜サンプリング
すれば、そのサンプリング値の変化の状況は運動強度を
反映することになるので、生体の運動中における運動強
度の変化を検出することができる。
【００６４】波長６６０ｎｍと９４０ｎｍの光につい
て、周波数θｓとθMの振幅の比を比較すれば、θMの振
幅は運動強度によっては変化しないから、この比は運動
強度を反映した値となる。したがって、この比の値の変
動により、生体の運動強度の変化を検出することができ
る。また、この比と運動強度との関係を予め調べて記憶
しておけば、この記憶内容を参照することにより、運動
強度を測定することができる。
て、周波数θｓとθMの振幅の比を比較すれば、θMの振
幅は運動強度によっては変化しないから、この比は運動
強度を反映した値となる。したがって、この比の値の変
動により、生体の運動強度の変化を検出することができ
る。また、この比と運動強度との関係を予め調べて記憶
しておけば、この記憶内容を参照することにより、運動
強度を測定することができる。
【００６５】ここで、図１１は、波長６６０ｎｍと９４
０ｎｍの光を用いた場合の周波数θsとθMの振幅の比
（図９の（ｃ／ｄ）／（ａ／ｂ）に対応）の変化の実測
例を示す図である。この実測においては、被測定者に所
定の運動を継続させて各周波数の振幅を測定し、横軸に
脈拍数をとってその比をプロットした。ここで、プロッ
ト点（図中の黒角点）の推移は、図１１の一点鎖線で示
され、右上がりに次第に大きくなる傾向となるのが分か
る。これは脈拍の増加は運動量の増加とみることができ
るから、これにより血液の酸素消費量が増えてその吸光
度が高くなり、周波数θsの振幅値（図９のｂに対応）
が運動量の増加に伴って小さくなり、比ａ／ｂの値が増
加するから、この比の変化から比測定者の運動強度を測
定することができる。
０ｎｍの光を用いた場合の周波数θsとθMの振幅の比
（図９の（ｃ／ｄ）／（ａ／ｂ）に対応）の変化の実測
例を示す図である。この実測においては、被測定者に所
定の運動を継続させて各周波数の振幅を測定し、横軸に
脈拍数をとってその比をプロットした。ここで、プロッ
ト点（図中の黒角点）の推移は、図１１の一点鎖線で示
され、右上がりに次第に大きくなる傾向となるのが分か
る。これは脈拍の増加は運動量の増加とみることができ
るから、これにより血液の酸素消費量が増えてその吸光
度が高くなり、周波数θsの振幅値（図９のｂに対応）
が運動量の増加に伴って小さくなり、比ａ／ｂの値が増
加するから、この比の変化から比測定者の運動強度を測
定することができる。
【００６６】８０５ｎｍ付近の波長の光を使用し、こ
の光の受光量を参照値として用いる。すなわち、この波
長においては、図６に示したように、酸素ヘモグロビン
と還元ヘモグロビンの吸光度が変化しないから、この波
長の光の受光信号を基準値として、他の波長の光の受光
信号中の周波数θｓの振幅と比較すれば、その比の変化
から運動強度を測定することができる。 （ｄ）運動中の脈波形検出の原理 前述のようにして、動脈の周波数が識別されれば、この
周波数と高調波とを通過させるフィルタを用いることに
より、脈波を検出することができる。
の光の受光量を参照値として用いる。すなわち、この波
長においては、図６に示したように、酸素ヘモグロビン
と還元ヘモグロビンの吸光度が変化しないから、この波
長の光の受光信号を基準値として、他の波長の光の受光
信号中の周波数θｓの振幅と比較すれば、その比の変化
から運動強度を測定することができる。 （ｄ）運動中の脈波形検出の原理 前述のようにして、動脈の周波数が識別されれば、この
周波数と高調波とを通過させるフィルタを用いることに
より、脈波を検出することができる。
【００６７】すなわち、脈波には、基本波とそれに重畳
される多数の高調波とが含まれるが、これらを通過さ
せ、他の周波数成分を通過させないフィルタを用いれ
ば、運動している生体からも脈波を検出することができ
る。 Ｂ：実施例の構成 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。
される多数の高調波とが含まれるが、これらを通過さ
せ、他の周波数成分を通過させないフィルタを用いれ
ば、運動している生体からも脈波を検出することができ
る。 Ｂ：実施例の構成 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。
【００６８】図１は、この発明の一実施例の構成を示す
ブロック図である。この図において、１，２は波長６６
０ｎｍ，９４０ｎｍのフォトカプラ型のフォトセンサで
ある。これらセンサ１，２は、図２の（ａ）に示すよう
に、所定のキャップ内に配置されている。キャップは、
指の先端部分に装着されるようになっており、装着状態
においては、センサ１、２が指の長手方向に沿って配置
される。また、図２の（ｂ）に示すように、センサ１、
２が指の幅方向に配置されるように、キャップ内に取り
付けるようにしてもよい。
ブロック図である。この図において、１，２は波長６６
０ｎｍ，９４０ｎｍのフォトカプラ型のフォトセンサで
ある。これらセンサ１，２は、図２の（ａ）に示すよう
に、所定のキャップ内に配置されている。キャップは、
指の先端部分に装着されるようになっており、装着状態
においては、センサ１、２が指の長手方向に沿って配置
される。また、図２の（ｂ）に示すように、センサ１、
２が指の幅方向に配置されるように、キャップ内に取り
付けるようにしてもよい。
【００６９】次に、これらのセンサ１，２の出力光は、
血管や組織によって反射され、センサ受光部において受
光される。この受光信号は、図１に示すように、各々信
号Ｓａ、Ｓｂとして高速フーリエ変換回路３に入力され
る。高速フーリエ変換回路３は、信号Ｓａ、Ｓｂをフー
リエ変換し、周波数スペクトルを得る回路である。４は
比較回路であり、高速フーリエ変換回路３が出力する周
波数スペクトルを一時記憶し、代表的な基線について、
その大きさを比較する。たとえば、図１０（ａ）のＳ
１、Ｍ１と同図（ｂ）のＳ１、Ｍ１について大きさを比
較する。この比較結果は、判定回路５に供給されるよう
になっている。判定回路５は、予め記憶された比較結果
パターンに基づいていずれの周波数が脈で、いずれが体
動であるかを判定する。すなわち、前述したように、図
９に示す周波数成分ｆ1とｆ2の振幅ａ，ｂ，ｃ，ｄにつ
いて（ａ／ｂ）＜（ｃ／ｄ）または（ｃ／ａ）＞（ｄ／
ｂ）が成り立てば、ｆ1が脈波の周波数であり、ｆ2が腕
の振りによる周波数であると判定する。表示部６は、液
晶表示器等を有しており、判定回路５の判定により、脈
拍と判定された周波数ｆｃを１分当たりの脈拍数に換算
して表示する。
血管や組織によって反射され、センサ受光部において受
光される。この受光信号は、図１に示すように、各々信
号Ｓａ、Ｓｂとして高速フーリエ変換回路３に入力され
る。高速フーリエ変換回路３は、信号Ｓａ、Ｓｂをフー
リエ変換し、周波数スペクトルを得る回路である。４は
比較回路であり、高速フーリエ変換回路３が出力する周
波数スペクトルを一時記憶し、代表的な基線について、
その大きさを比較する。たとえば、図１０（ａ）のＳ
１、Ｍ１と同図（ｂ）のＳ１、Ｍ１について大きさを比
較する。この比較結果は、判定回路５に供給されるよう
になっている。判定回路５は、予め記憶された比較結果
パターンに基づいていずれの周波数が脈で、いずれが体
動であるかを判定する。すなわち、前述したように、図
９に示す周波数成分ｆ1とｆ2の振幅ａ，ｂ，ｃ，ｄにつ
いて（ａ／ｂ）＜（ｃ／ｄ）または（ｃ／ａ）＞（ｄ／
ｂ）が成り立てば、ｆ1が脈波の周波数であり、ｆ2が腕
の振りによる周波数であると判定する。表示部６は、液
晶表示器等を有しており、判定回路５の判定により、脈
拍と判定された周波数ｆｃを１分当たりの脈拍数に換算
して表示する。
【００７０】また、判定回路５では、比較回路４から供
給される比較結果のうち、波長６６０ｎｍまたは９４０
ｎｍの光についての、周波数Ｓ１とＭ１の振幅の比から
運動強度の変化を測定し、その結果を示す信号を表示部
６に出力するようになっている。表示部６では、運動強
度の変化を、数値やグラフによって表示する次にアクテ
ィブフィルタ１０は、センサ１または２の出力信号Ｓａ
またはＳｂのうち、脈拍と判定された周波数ｆｃとその
高調波（例えば、５〜６次高調波まで）を通過させるフ
ィルタである。したがって、アクティブフィルタ１０の
出力信号は、ピッチ成分（体動成分）が除去された脈波
信号となる。
給される比較結果のうち、波長６６０ｎｍまたは９４０
ｎｍの光についての、周波数Ｓ１とＭ１の振幅の比から
運動強度の変化を測定し、その結果を示す信号を表示部
６に出力するようになっている。表示部６では、運動強
度の変化を、数値やグラフによって表示する次にアクテ
ィブフィルタ１０は、センサ１または２の出力信号Ｓａ
またはＳｂのうち、脈拍と判定された周波数ｆｃとその
高調波（例えば、５〜６次高調波まで）を通過させるフ
ィルタである。したがって、アクティブフィルタ１０の
出力信号は、ピッチ成分（体動成分）が除去された脈波
信号となる。
【００７１】測定回路１１は、アクティブフィルタ１０
から供給される脈波信号に基づいて種々の測定を行う回
路である。例えば、２次高調波と３次高調波の振幅の比
がストレスを反映するという実験があり、また、その他
にも、脈波の形状の特徴から心身状態が測定できること
が知られている。すなわち、測定回路１１は、所定の解
析方法に従って脈波を解析し、その結果を示す信号を表
示部６に出力する。表示部６は、測定回路１１の出力信
号に基づき、その測定結果を表示する。 Ｃ：実施例の動作 始めに、被測定者は、図２に示すキャップを指に装着
し、運動（例えば、ランニング）を行う。この結果、信
号Ｓａ、Ｓｂは、血液脈波に体動成分が重畳された信号
となる。これらの信号Ｓａ、Ｓｂは、高速フーリエ回路
３によってフーリエ変換された後、比較回路４で代表的
な周波数成分の振幅について比較される。そして、判定
回路５は、この比較結果に基づいて脈波と体動とを識別
し、表示部６は脈波の基本周波数に対応した脈拍を表示
する。また、表示部６では、脈拍値を記憶して表示し、
脈波周波数が更新されるまでは、前回の記憶値を維持し
たまま表示を行う。さらに、表示部６では、判定回路５
が判定する運動強度の変化を表示する。この結果、被測
定者の運動強度の変化を運動中に観測することができ
る。
から供給される脈波信号に基づいて種々の測定を行う回
路である。例えば、２次高調波と３次高調波の振幅の比
がストレスを反映するという実験があり、また、その他
にも、脈波の形状の特徴から心身状態が測定できること
が知られている。すなわち、測定回路１１は、所定の解
析方法に従って脈波を解析し、その結果を示す信号を表
示部６に出力する。表示部６は、測定回路１１の出力信
号に基づき、その測定結果を表示する。 Ｃ：実施例の動作 始めに、被測定者は、図２に示すキャップを指に装着
し、運動（例えば、ランニング）を行う。この結果、信
号Ｓａ、Ｓｂは、血液脈波に体動成分が重畳された信号
となる。これらの信号Ｓａ、Ｓｂは、高速フーリエ回路
３によってフーリエ変換された後、比較回路４で代表的
な周波数成分の振幅について比較される。そして、判定
回路５は、この比較結果に基づいて脈波と体動とを識別
し、表示部６は脈波の基本周波数に対応した脈拍を表示
する。また、表示部６では、脈拍値を記憶して表示し、
脈波周波数が更新されるまでは、前回の記憶値を維持し
たまま表示を行う。さらに、表示部６では、判定回路５
が判定する運動強度の変化を表示する。この結果、被測
定者の運動強度の変化を運動中に観測することができ
る。
【００７２】一方、アクティブフィルタ１０からは、脈
波成分だけが抽出されて出力され、測定回路１１におい
て測定される。これにより、運動中の被測定者の脈波が
検出されるとともに、脈波形状による心身状態の検出が
行われる。この検出結果は、表示部６に表示されるか
ら、運動中の心身状態（例えば、ストレス）が観測され
る。
波成分だけが抽出されて出力され、測定回路１１におい
て測定される。これにより、運動中の被測定者の脈波が
検出されるとともに、脈波形状による心身状態の検出が
行われる。この検出結果は、表示部６に表示されるか
ら、運動中の心身状態（例えば、ストレス）が観測され
る。
【００７３】ところで、比較回路４における振幅の比較
は、脈波の基本波と体動の基本波との比較に限らない。
例えば、脈波の基本波と体動の第２高調波とを比較した
り、逆に、脈波の第２高調波と体動の基本波とを比較し
てもよい。要は、より明確に識別が行える波を予め特定
し、その波について比較を行うように構成すればよい。
また、被測定者による体動が周期的でない場合もあ
る。この場合には、フーリエ変換後の代表的な周波数成
分が脈波によるものだけになるので、脈波の識別はより
容易に行える。本実施例における比較回路４は、高速フ
ーリエ変換回路３の出力信号が１つの基本波とその高調
波成分だけを含むときは、脈波だけが検出されていると
判断し、その基本波を脈拍として認識するようになって
いる。 Ｄ：変形例 上述した実施例には、以下のような変形が可能である。 （１）実施例においては、センサを指先に装着して指尖
脈波を検出するようにしたが、指の根元部分の血管の脈
波を検出するように構成してもよい。また、とう骨動脈
を検出したり、耳の血管の脈波を検出するようにしても
同様の効果が得られる。また、検出部位は、動脈と静脈
に光を照射することができる部分であれば、その他のい
ろいろ部位が可能である。 （２）センサの装着方法は、実施例において示したキャ
ップによる装着（第２図参照）に限らない。例えば、手
袋状のものや、バンド状のものを用いてセンサを装着し
てもよく、さらに、粘着テープ等を用いて測定部位に貼
着してもよい。 （３）センサ信号の周波数解析方法は、実施例で用いた
高速フーリエ変換に限らない。例えば、離散フーリエ変
換や最大エントロピー法を用いてもよい。要は、センサ
信号に含まれる周波数成分を抽出し、その振幅の比較が
できるような解析法であればよい。 （４）実施例においては、測定光として６６０ｎｍ，９
４０ｎｍの光を用いたが、波長はこれにに限らない。酸
素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光度に差が生
じる周波数を選べばよい。 （５）さらに、基準用の測定光として図６に示す８０５
ｎｍの光を用いてもよい。この波長においては、図６に
示したように、酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの
吸光度が変化しないから、判定回路５において、この波
長の光の受光信号を基準値として他の波長の光の受光信
号中の周波数θｓ（図７参照）の振幅と比較すれば、そ
の比の変化から運動強度の絶対値を測定することができ
る。
は、脈波の基本波と体動の基本波との比較に限らない。
例えば、脈波の基本波と体動の第２高調波とを比較した
り、逆に、脈波の第２高調波と体動の基本波とを比較し
てもよい。要は、より明確に識別が行える波を予め特定
し、その波について比較を行うように構成すればよい。
また、被測定者による体動が周期的でない場合もあ
る。この場合には、フーリエ変換後の代表的な周波数成
分が脈波によるものだけになるので、脈波の識別はより
容易に行える。本実施例における比較回路４は、高速フ
ーリエ変換回路３の出力信号が１つの基本波とその高調
波成分だけを含むときは、脈波だけが検出されていると
判断し、その基本波を脈拍として認識するようになって
いる。 Ｄ：変形例 上述した実施例には、以下のような変形が可能である。 （１）実施例においては、センサを指先に装着して指尖
脈波を検出するようにしたが、指の根元部分の血管の脈
波を検出するように構成してもよい。また、とう骨動脈
を検出したり、耳の血管の脈波を検出するようにしても
同様の効果が得られる。また、検出部位は、動脈と静脈
に光を照射することができる部分であれば、その他のい
ろいろ部位が可能である。 （２）センサの装着方法は、実施例において示したキャ
ップによる装着（第２図参照）に限らない。例えば、手
袋状のものや、バンド状のものを用いてセンサを装着し
てもよく、さらに、粘着テープ等を用いて測定部位に貼
着してもよい。 （３）センサ信号の周波数解析方法は、実施例で用いた
高速フーリエ変換に限らない。例えば、離散フーリエ変
換や最大エントロピー法を用いてもよい。要は、センサ
信号に含まれる周波数成分を抽出し、その振幅の比較が
できるような解析法であればよい。 （４）実施例においては、測定光として６６０ｎｍ，９
４０ｎｍの光を用いたが、波長はこれにに限らない。酸
素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸光度に差が生
じる周波数を選べばよい。 （５）さらに、基準用の測定光として図６に示す８０５
ｎｍの光を用いてもよい。この波長においては、図６に
示したように、酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの
吸光度が変化しないから、判定回路５において、この波
長の光の受光信号を基準値として他の波長の光の受光信
号中の周波数θｓ（図７参照）の振幅と比較すれば、そ
の比の変化から運動強度の絶対値を測定することができ
る。
【図１】この発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図２】同実施例におけるセンサの装着状態を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図３】ランバート・ベールの法則を説明するための図
である。
である。
【図４】人体血管部に光を照射した場合の吸光度の分布
を示す図である。
を示す図である。
【図５】左心室から出て大静脈に至るまでの血液脈動の
変化を示す図である。
変化を示す図である。
【図６】酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光度
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図７】６６０ｎｍと９４０ｎｍの２つの波長の測定光
を用いたときに検出される脈波と体動の振幅を示す図で
ある。
を用いたときに検出される脈波と体動の振幅を示す図で
ある。
【図８】６６０ｎｍと９４０ｎｍの２つの波長の測定光
を用いたときの動脈血と静脈血の吸光率の関係を示す図
である。
を用いたときの動脈血と静脈血の吸光率の関係を示す図
である。
【図９】６６０ｎｍと９４０ｎｍの２つの波長の測定光
を用いたときに検出された２つの周波数成分のうち、い
ずれが脈波でいずれが体動であるかを示す図である。
を用いたときに検出された２つの周波数成分のうち、い
ずれが脈波でいずれが体動であるかを示す図である。
【図１０】６６０ｎｍおよび９４０ｎｍの測定光を用い
て測定を行った場合の検出信号の周波数スペクトラムを
示すグラフである。
て測定を行った場合の検出信号の周波数スペクトラムを
示すグラフである。
【図１１】６６０ｎｍの光を用いた場合の周波数θsと
θMの振幅の比の変化の実測例を示す図である。
θMの振幅の比の変化の実測例を示す図である。
１，２ センサ（光量検出手段）
３ 高速フーリエ変換回路（識別手段，周波数解析手
段，フーリエ変換手段） ４ 比較回路（識別手段，脈動周波数特定手段） ５ 判定回路（識別手段，脈動周波数特定手段，測定手
段） ６ 表示部（記憶手段，表示手段，波形表示手段） １０ アクティブフィルタ（フィルタ手段） １１ 測定回路（波形記憶手段）
段，フーリエ変換手段） ４ 比較回路（識別手段，脈動周波数特定手段） ５ 判定回路（識別手段，脈動周波数特定手段，測定手
段） ６ 表示部（記憶手段，表示手段，波形表示手段） １０ アクティブフィルタ（フィルタ手段） １１ 測定回路（波形記憶手段）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭53−122284（ＪＰ，Ａ)
国際公開91／18550（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 5/0245
Claims (17)
- 【請求項１】 異なる複数の波長の光を生体の組織に照
射したときに得られる透過光または反射光の光量を検出
する光量検出手段と、 前記光量検出手段が検出した検出結果から、前記複数の
波長の内の第１の波長に含まれる所定の２つの周波数に
おける振幅の比率と、前記複数の波長の内の第２の波長
に含まれる前記所定の２つの周波数における振幅の比率
とを比較する周波数解析手段と、 前記周波数解析手段による前記振幅の比率の比較結果か
ら前記生体の脈波の周波数成分を特定し脈拍数を算出す
る脈波算出手段とを具備することを特徴とする脈波検出
装置。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記周波数解析手段はフーリエ変換手段を含むことを特
徴とする脈波検出装置。 - 【請求項３】 請求項１または２において、 前記脈波算出手段により特定された前記脈波の周波数成
分とその高調波成分のみを通過させるフィルタ手段を備
えることを特徴とする脈波検出装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、 前記脈波算出手段の算出結果を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段の記憶内容を表示する表示手段とを備える
ことを特徴とする脈波検出装置。 - 【請求項５】 請求項４において、 前記記憶手段は前記フィルタ手段の出力波形を記憶する
ことを特徴とする脈波検出装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかにおいて、 前記光量検出手段は、前記異なる複数の波長の光を照射
する複数の発光手段および前記複数の発光手段の反射光
を受光する複数の受光手段を有し、前記複数の発光手段
および前記複数の受光手段は、各々指の幅方向に沿って
配列されることを特徴とする脈波検出装置。 - 【請求項７】 請求項１において、 前記光量検出手段、前記周波数解析手段および前記脈波
算出手段の内の少なくともいずれか一つは、測定時にお
いてのみ給電されるように構成されていることを特徴と
する脈波検出装置。 - 【請求項８】 請求項１において、 前記光量検出手段は、間欠的に設定された測定タイミン
グにおいてのみ給電されるように構成されていることを
特徴とする脈波検出装置。 - 【請求項９】 請求項７または８において、 前記給電は、パルス電流による給電であることを特徴と
する脈波検出装置。 - 【請求項１０】 異なる複数の波長の光を生体の組織に
照射したときに得られる透過光または反射光の光量を検
出する光量検出手段と、 前記光量検出手段が検出した検出結果から、前記複数の
波長の内の第１の波長に含まれる所定の２つの周波数に
おける振幅の比率と、前記複数の波長の内の第２の波長
に含まれる前記所定の２つの周波数における振幅の比率
とを比較し、その比較結果から前記生体の体動波と脈波
を識別する識別手段と、 前記識別手段によって識別された、前記第１の波長に含
まれる体動波の振幅と、前記第２の波長に含まれる体動
波の振幅との比率の変化から前記生体の運動強度を測定
する測定手段と、 を具備することを特徴とする運動強度測定装置。 - 【請求項１１】 異なる複数の波長の光を生体の組織に
照射したときに得られる透過光または反射光の光量を検
出する光量検出手段と、 前記光量検出手段が検出した検出結果から、前記複数の
波長の内の第１の波長に含まれる所定の２つの周波数に
おける振幅の比率と、前記複数の波長の内の第２の波長
に含まれる前記所定の２つの周波数における振幅の比率
とを比較し、その比較結果から前記生体の体動波と脈波
を識別する識別手段と、 前記識別手段によって識別された、前記第１の波長に含
まれる体動波と脈波の振幅の比率を第１の比率とし、前
記第２の波長に含まれる体動波と脈波の振幅の比率を第
２の比率としたときに、前記第１の比率と前記第２の比
率との比率の変化から前記生体の運動強度を測定する測
定手段と、 を具備することを特徴とする運動強度測定装置。 - 【請求項１２】 請求項１０または１１において、 前記第１の波長または前記第２の波長の光の内のいずれ
か一方は、酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとで吸
光度が変化しない波長の光であり、前記測定手段は、前
記検出結果の内のこの光に含まれる脈波の振幅を基準値
とし、前記基準値に対して、前記検出結果の他方の光に
含まれる脈波の振幅とを比較することにより、前記生体
の運動強度を測定することを特徴とする運動強度測定装
置。 - 【請求項１３】 請求項１０乃至１２のいずれかにおい
て、 前記測定手段の測定結果を記憶する運動強度記憶手段
と、 前記運動強度記憶手段内の測定結果を表示する運動強度
表示手段とを具備することを特徴とする運動強度測定装
置。 - 【請求項１４】 請求項１０乃至１３のいずれかにおい
て、 前記光量検出手段は、前記異なる複数の波長の光を照射
する複数の発光手段および前記複数の発光手段の反射光
を受光する複数の受光手段を有し、前記複数の発光手段
および前記複数の受光手段は、各々指の幅方向に沿って
配列されることを特徴とする運動強度測定装置。 - 【請求項１５】 請求項１０乃至１２のいずれかにおい
て、 前記光量検出手段、前記識別手段、前記測定手段の内の
少なくともいずれか一つは、測定時においてのみ給電さ
れるように構成されていることを特徴とする運動強度測
定装置。 - 【請求項１６】 請求項１０乃至１２のいずれかにおい
て、 前記光量検出手段は、間欠的に設定された測定タイミン
グにおいてのみ給電されるように構成されていることを
特徴とするの運動強度測定装置。 - 【請求項１７】 請求項１５または１６において、 前記給電は、パルス電流による給電であることを特徴と
する運動強度測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24173193A JP3387171B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 脈波検出装置および運動強度測定装置 |
| DE69429405T DE69429405T2 (de) | 1993-09-28 | 1994-09-26 | Apparat zum Detektieren von Pulswellen und Apparat zum Feststellen der Bewegungsintensität |
| EP94307001A EP0645117B1 (en) | 1993-09-28 | 1994-09-26 | Blood pulse wave detecting apparatus and motion intensity measuring apparatus |
| US08/808,523 US6022321A (en) | 1993-09-28 | 1997-02-28 | Blood pulse wave detecting apparatus and motion intensity measuring apparatus |
| US09/448,622 US6217523B1 (en) | 1993-09-28 | 1999-11-23 | Blood pulse wave detecting apparatus and motion intensity measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24173193A JP3387171B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 脈波検出装置および運動強度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0788092A JPH0788092A (ja) | 1995-04-04 |
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Family
ID=17078705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24173193A Expired - Lifetime JP3387171B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 脈波検出装置および運動強度測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6022321A (ja) |
| EP (1) | EP0645117B1 (ja) |
| JP (1) | JP3387171B2 (ja) |
| DE (1) | DE69429405T2 (ja) |
Families Citing this family (137)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MX9702434A (es) | 1991-03-07 | 1998-05-31 | Masimo Corp | Aparato de procesamiento de señales. |
| JP3387171B2 (ja) * | 1993-09-28 | 2003-03-17 | セイコーエプソン株式会社 | 脈波検出装置および運動強度測定装置 |
| JP3605216B2 (ja) * | 1995-02-20 | 2004-12-22 | セイコーエプソン株式会社 | 脈拍計 |
| EP0778001B1 (en) * | 1995-05-12 | 2004-04-07 | Seiko Epson Corporation | Apparatus for diagnosing condition of living organism and control unit |
| US5853364A (en) * | 1995-08-07 | 1998-12-29 | Nellcor Puritan Bennett, Inc. | Method and apparatus for estimating physiological parameters using model-based adaptive filtering |
| EP0809965B1 (en) * | 1995-12-18 | 2005-01-26 | Seiko Epson Corporation | Health care device and exercise supporting device |
| JP3564482B2 (ja) * | 1996-03-22 | 2004-09-08 | セイコーエプソン株式会社 | 運動強度測定装置 |
| DE69728031T2 (de) * | 1996-09-10 | 2004-11-11 | Seiko Epson Corp. | Organismuszustandsmessgerät und entspannungszustandsangabegerät |
| US6018673A (en) | 1996-10-10 | 2000-01-25 | Nellcor Puritan Bennett Incorporated | Motion compatible sensor for non-invasive optical blood analysis |
| JPH10216114A (ja) * | 1997-02-06 | 1998-08-18 | Nippon Colin Co Ltd | 酸素飽和度測定装置 |
| US6162185A (en) * | 1997-03-28 | 2000-12-19 | Seiko Epson Corporation | Touch detecting device, touch notifying device, information inputting device, touch replicating device, touch transmission system, pulse diagnostic device, pulse diagnosis training device, and pulse diagnostic information transmission device |
| US6002952A (en) | 1997-04-14 | 1999-12-14 | Masimo Corporation | Signal processing apparatus and method |
| JP3666188B2 (ja) * | 1997-06-27 | 2005-06-29 | セイコーエプソン株式会社 | 心機能診断装置 |
| EP1444948B1 (en) * | 1997-09-05 | 2014-04-30 | Seiko Epson Corporation | Optical diagnostic measurement device |
| US7112175B2 (en) * | 1998-05-26 | 2006-09-26 | Ineedmd.Com | Tele-diagnostic device |
| US6248064B1 (en) | 1998-05-26 | 2001-06-19 | Ineedmd.Com,Inc. | Tele-diagnostic device |
| US6757556B2 (en) | 1998-05-26 | 2004-06-29 | Ineedmd. Com | Electrode sensor |
| US7860725B2 (en) * | 1998-05-26 | 2010-12-28 | Ineedmd.Com, Inc. | Method for remote medical consultation and care |
| US6224548B1 (en) * | 1998-05-26 | 2001-05-01 | Ineedmd.Com, Inc. | Tele-diagnostic device |
| US6463311B1 (en) | 1998-12-30 | 2002-10-08 | Masimo Corporation | Plethysmograph pulse recognition processor |
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