JP3722203B2 - 脈波センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の脈波を検出する光学式の脈波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、例えば特開平１１−７００８７号公報に開示された腕時計型脈波検出装置がある。この脈波検出装置は、人体の手首に装着して使用するもので、脈波を検出する検出部と表示部を有するセンサ本体とを有し、センサ本体に取り付けられたバンドを介して検出部を手首の腹側（裏側）に固定し、その検出部で検出された脈波情報を手首の甲側に設けたセンサ本体の表示部に表示することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、手首の腹側には、２本の骨（橈骨と尺骨）が通っているため、手首を動かした時等に、皮膚表面の動きが大きく、検出部が手首の検出部位からずれ易いという問題がある。また、検出部を手首の腹側に固定すると、橈骨や尺骨を圧迫するため、装着感が悪くなる。その結果、無意識に手首を動かすことが多くなり、安定した状態で脈波を検出することが困難となる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、安定した脈波検出ができ、検出確率の高い脈波センサを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
発光素子と受光素子を具備する検出部と、この検出部と信号線を介して接続された回路部を内蔵するセンサ本体とを備え、検出部を人体の手首の甲側または前腕部の甲側に取り付けて人体の脈波を検出する脈波センサであって、検出部は、発光素子と受光素子の上部に光が透過できる透光部材を有し、この透光部材の表面を手首の甲側または前腕部の甲側の皮膚表面に密着させて使用すると共に、その皮膚表面に密着する透光部材の表面が平面を有しない凸曲面で構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、手首または腕全体を動かした時等に、手首の腹側と比較して、手首の甲側（背側）または前腕部の甲側の方が皮膚表面の動きが小さいので、検出部位に対し検出部が位置ずれし難いと言える。また、手首の甲側または前腕部の甲側に検出部を固定すれば橈骨や尺骨を強く圧迫することがないので、圧迫感から無意識に手首を動かすことも少なくなる。その結果、安定した脈波検出が可能であり、検出確率の高い脈波センサを実現できる。
さらに、皮膚表面に密着する透光部材の表面が平面を有しない凸曲面で構成されているので、手首の甲側または前腕部の甲側の皮膚表面に対する密着度が向上する。この結果、発光素子から照射された光が皮膚表面で反射して受光素子に入射する反射光量の変動を抑制でき、且つ外乱光等のノイズの混入も防止できる。また、透光部材が皮膚に食い込むため、検出部の位置ずれ防止にもなり、より安定した脈波検出が可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の脈波センサの実施例を図面に基づいて説明する。
図１は脈波センサの取付け状態を示す断面図である。
本実施例の脈波センサ１は、人体の脈波を計測して医療診断や健康診断等に用いるもので、検出部２とセンサ本体３とを有し、図１に示すように、人体の手首４の甲側（背側）に取り付けて使用される。
【００１０】
検出部２は、図２に示すように、開口部を有するパッケージ５と、このパッケージ５に収容される発光素子６と受光素子７、及びパッケージ５の開口部に取り付けられる透光板８等より構成される。
パッケージ５の内部には、回路基板９が具備され、この回路基板９上に発光素子６（例えばＬＥＤ）と受光素子７（例えばＰＤ）とが並んで組み付けられている。
透光板８は、光を透過できる例えばガラス板であり、人体の皮膚に接触する表面側が凸曲面で構成されている（図２参照）。
【００１１】
この検出部２は、センサ本体３とは別に、検出部２に取り付けられた専用のベルト１０によって手首４に固定される（図１参照）。ベルト１０は、例えば伸縮性を有する素材を使用して、手首４に一定の圧力が加わるようにしても良い。これにより、透光板８の表面を皮膚表面に密着できるため、皮膚表面からの反射光や外乱光等の侵入を防止できる。但し、手首４に加える圧力が大きいと、圧迫感が増大して装着感が悪化するため、装着感が悪化しない程度の圧力、例えば５〜１５mmHgの圧力に制限することが望ましい。
【００１２】
なお、検出部２は、図２に示すように、発光素子６と受光素子７とが並んで配置されているため、発光素子６と受光素子７とが並ぶ方向（図２の左右方向）に長く設けられている。この場合、検出部２の長手方向（発光素子６と受光素子７とが並ぶ方向）を手首４の周方向に合わせて配置すると、検出部２のずれが大きくなり、且つ装着感も悪化する可能性があるため、検出部２の長手方向を腕の長手方向に合わせて配置した方が良い。従って、ベルト１０を手首４に巻き付けた時に、検出部２の長手方向が腕の長手方向に合うように、検出部２にベルト１０が取り付けられている。
【００１３】
センサ本体３は、図２に示すように、発光素子６を駆動する駆動回路１１および検出部２で検出された脈波情報から脈拍数を算出するマイクロコンピュータ１２等を内蔵するとともに、計測された脈拍数等を表示するモニタ表示部（図示しない）を有し、検出部２とは信号線１３によって接続されている。
このセンサ本体３は、腕時計と同様に手首４に装着するもので、図１に示すように、検出部２の上部に重ねて配置し、センサ本体３に取り付けられた専用のベルト１４によって手首４に固定される。但し、検出部２とセンサ本体３との間には、検出部２とセンサ本体３とが直接接触しない様に、例えばスポンジやゲル状タイプの緩衝材１５が挿入されている。
【００１４】
ここで、脈波センサ１により脈波を検出するメカニズムについて説明する。
図２に示すように、発光素子６から手首４に向かって光が照射されると、光の一部が手首４の内部を通る毛細動脈１６に当たって、毛細動脈１６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１６で反射して散乱し、その一部が受光素子７に入射する。この時、血液の脈動により毛細動脈１６を流れる血液中のヘモグロビンの量が波動的に変化するので、ヘモグロビンに吸収される光も波動的に変化する。その結果、毛細動脈１６で反射して受光素子７に入射する受光量が変化するため、この受光量の変化を脈波情報として検出することができる。
【００１５】
（本実施例の作用及び効果）
本実施例の脈波センサ１は、図１に示したように、検出部２を手首４の甲側（背側）に配置して使用するため、手首４の腹側に検出部２を固定した場合と比較して、手首４が動いた時等に検出部２の位置ずれを小さくできる。また、手首４の甲側に検出部２を固定すれば橈骨や尺骨を強く圧迫することがないので、圧迫感により無意識に手首４を動かすことも少なく、検出部位に対し安定して検出部２を固定することができる。更に、手首４の甲側で脈波を測定する場合は、橈骨動脈や尺骨動脈が通っている腹側と比較して受光素子７に入射する受光量（つまり信号強度）は少なくなるが、検出部２の位置ずれに伴う信号強度の変化が小さいため、腹側で測定する場合に比べて体動の影響も小さいと言える。
【００１６】
ここで、手首４の甲側で脈波を測定した場合と、手首４の腹側で脈波を測定した場合とで、体動の影響がどの様に現れるかを調べた。その結果、図３に示すように、完全静止している状態では、甲側でも腹側でも脈波を測定することが可能であるが、体動がある状態では、腹側で測定した場合（ｂ）に体動の影響を大きく受けていることが分かる。この場合、脈波の測定は不可能である。これに対し、甲側で測定した場合（ａ）は、腹側と比較して体動の影響が小さく、脈波の測定が可能である。
【００１７】
脈波センサ１の検出部２は、透光板８の表面が凸曲面で構成され、その凸曲面を皮膚表面に密着させて使用するため、皮膚表面に対する透光板８の密着度が向上する。これにより、発光素子６から照射された光が皮膚表面で反射して受光素子７に入射する反射光量（図２参照）の変動を抑制でき、且つ外乱光等のノイズの混入も防止できる。また、透光板８が皮膚表面に食い込むため、検出部２の位置ずれ防止効果を得ることもできる。
【００１８】
ここで、表面が凸曲面の透光板８と、平面の透光板８とを用いてそれぞれ脈波を測定した結果を図４に示す。この場合、体動がある状態で脈波を測定した時に、表面が平面の透光板８を用いて測定した場合（ｂ）は、体動の影響を大きく受けているが、表面が凸曲面の透光板８を用いて測定した場合（ａ）は、体動の影響が小さく、脈波の測定が可能であることが分かる。
【００１９】
また、本実施例の脈波センサ１は、検出部２とセンサ本体３とをそれぞれ専用のベルト１０、１４で手首４に固定するため、センサ本体３の動きが検出部２に伝わり難く、検出部２を安定的に固定することができる。また、検出部２とセンサ本体３との間に緩衝材１５が挿入されているので、センサ本体３に加わる力やセンサ本体３の動きが検出部２に伝わり難くなる。
以上の結果、検出部２を安定して手首４に固定でき、且つ受光素子７に入射するノイズ光量を抑制できることから、安静時のみならず、日常生活や軽い運動時等でも良好なＳ／Ｎ比を得ることができ、検出確率の高い脈波センサ１を提供できる。
【００２０】
（変形例）
本実施例では、センサ本体３にマイクロコンピュータ１２を内蔵して、脈波数を算出できる構成として説明しているが、検出部２の検出結果を外部の受信機に送信する送信機能だけを持たせても良い。この場合、センサ本体３を小型化でき、センサ本体３の重さを小さくできるので、センサ本体３に加わる力やセンサ本体３の動きを検出部２に伝え難くできる効果がある。
本実施例では、検出部２及びセンサ本体３を手首４に装着する例を説明したが、手首４に限定する必要はなく、前腕部の甲側に取り付けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】脈波センサの取付け状態を示す断面図である。
【図２】脈波を検出するメカニズムの説明図である。
【図３】手首の甲側と腹側とで体動の影響を測定した脈波グラフである。
【図４】透光板の表面形状と体動の影響との関係を測定した脈波グラフである。
【符号の説明】
１ 脈波センサ
２ 検出部
３ センサ本体
４ 手首
６ 発光素子
７ 受光素子
８ 透光板（透光部材）
１０ ベルト（第１のベルト）
１２ マイクロコンピュータ（回路部）
１３ 信号線
１４ ベルト（第２のベルト）
１５ 緩衝材

Claims (1)

1. 発光素子と受光素子を具備する検出部と、この検出部と信号線を介して接続された回路部を内蔵するセンサ本体とを備え、前記検出部を人体の手首の甲側または前腕部の甲側に取り付けて人体の脈波を検出する脈波センサであって、
   前記検出部は、前記発光素子と前記受光素子の上部に光が透過できる透光部材を有し、この透光部材の表面を手首の甲側または前腕部の甲側の皮膚表面に密着させて使用すると共に、その皮膚表面に密着する前記透光部材の表面が平面を有しない凸曲面で構成されていることを特徴とする脈波センサ。

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