JP3905227B2 - 脈波検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈波検出装置に係り、詳細には、動脈に対する超音波の送受信により脈波を検出する脈波検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動脈を流れる血流による脈波を検出することは、医療現場や健康管理を行う際に広く行われている。この脈波検出は、触診により所定時間の脈拍数として検出する場合の他、脈波検出装置を使用して電子的に脈拍数等を自動検出することも広く行われている。
電子的に脈波を検出して脈拍数を得る装置として、ピエゾ型の圧電素子をセンサとして動脈上に配置し、動脈内部の圧力変化に伴う表皮の圧力変化（圧力による表皮の変位）から脈拍数を検出するものや、超音波を利用して脈拍数を検出するものが存在する。
超音波を利用する脈波検出装置としては、血流によるドップラ効果を利用したものがあり、例えば、特開平１−２１４３３５号公報や、ＵＳＰ４０８６９１６で提案されている。すなわち、動脈に向けて超音波を発信し、その反射波を受信素子で受信すると、反射波の周波数や位相の変化を検出することができる。すなわち、血流により動脈が拡大している間は動脈表面が発信源と受信素子に近づくためドップラ効果により周波数が高くなり、逆に動脈が縮小している間は周波数が低くなる。この周波数や位相の変化を検出することで脈波を検出し、さらに脈拍数を検出したり、血流速を検出したりすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の脈波検出装置では、病院や自宅において安静にした状態で脈波を検出する場合には脈波を正確に検出することができるが、検出中に被検者が動いた場合には体動ノイズ（被検者の動きに基づくノイズ）が発生し、正確な脈波を検出できなかった。すなわち、被検者の体動によって、圧電素子を利用する場合であれば素子部分の表皮が動いてノイズが発生し、また超音波を利用する場合には筋肉や筋等の動きに伴って（血流量の変化とは関係なく）動脈の位置が変化することによりノイズが発生するため、日常的な動きの範囲であっても被検者が動いている場合には正確な脈波を検出することができなかった。
また、超音波を利用して受信した超音波の位相や周波数の変化を検出する場合、位相の変化や周波数の変化を検出するために、比較的複雑な構成と複雑な処理が必要とされていた。また、高周波数である超音波を使用しているのに対し、脈流により検出される位相や周波数の変化はごく僅かであるため、検出が大変であり、ノイズによる影響を受けやすかった。このため、日常的な生活の中で継続的に脈波を検出することは困難であった。
【０００４】
そこで、本発明はこのような従来の脈波検出装置における課題を解決するためになされたもので、体動によるノイズが発生しにくい脈波検出装置を提供することを第１の目的とする。
また、体動によるノイズの除去を容易に行うことが可能な脈波検出装置を提供することを第２の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、動脈に向けて超音波を発信する発信手段と、この発信手段から発信された前記動脈を伝搬する超音波を受信する受信手段と、この受信手段で受信された超音波を振幅検波する検波手段と、この検波手段による検波信号から脈波に関する情報を取得する脈波情報取得手段と、この脈波情報取得手段により取得された脈波に関する情報を出力する出力手段と、を脈波検出装置に具備させ、前記検波手段は、発信超音波の周波数近傍の帯域のみを通過させる帯域通過フィルタを備え、前記受信手段で受信された超音波を前記帯域通過フィルタに通過させた後に振幅検波を行う。
すなわち、動脈を伝搬することで減衰する超音波の振幅変化から脈波を検出することで、体動による影響を受けにくく、かつ、簡単な構成とすることができる。このため、日常的な生活を営みながらであっても、常時携帯しながら継続的に脈波を検出することができる。
簡単な構成であるため、例えば、脈波検出装置を時計に組み込むことで、日常的に使用することが可能になる。この場合、時計で使用する発振手段の一部又は全部を本発明の発信手段として共用することができ、更に簡単な構成とすることができる。
また、体動によるノイズが発生したとしてもその成分が低周波であることから、発信超音波の周波数近傍の帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで容易に除去することができ、より正確に脈波、及び脈拍数を検出することが可能になる。
【０００７】
また本発明の脈波検出装置では、体動を検出する体動検出手段を備えると共に、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号に含まれる体動による成分を、前記体動検出手段による体動信号に基づいて除去する体動成分除去手段を備え、この体動成分除去手段による体動成分を除去した後の検波信号から脈波に関する情報を取得する。
すなわち、体動検出手段により別途体動を検出し、検波信号に含まれる成分を除去するので、帯域通過フィルタによっても残るわずかな体動ノイズも除去することができ、より正確に脈波を検出することができる。
【０００８】
また本発明の脈波検出装置では、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号から、脈波に関する情報として脈拍数を取得し、前記出力手段は、前記脈波情報取得手段により取得された脈拍数を出力する。
すなわち、最も一般的な脈拍を日常的に確認することができる。
【０００９】
また本発明の脈波検出装置では、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号を格納する記憶手段を備え、脈波に関する情報として、所定時間分の前記検波信号を前記記憶手段に格納し、前記出力手段は、前記記憶手段に格納された前記検波信号を出力する。
すなわち、所定時間分の検波信号を記憶手段に格納しておき、例えば、医療診断装置等の外部装置に対して出力することで、総合的な医療診断に利用することができる。
【００１０】
また本発明の脈波検出装置では、表示手段を備え、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号から脈波に関する情報として脈拍数又は脈波波形を取得し、前記出力手段は、前記脈波情報取得手段により取得された脈拍数又は脈波波形を前記表示手段に出力する。
すなわち、脈拍数又は脈波波形を表示することで、日常生活のなかでも容易に脈拍数や脈波波形を確認することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の脈波検出装置における好適な実施の形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。
（１）本実施形態による脈波検出の原理及び概要
動脈は、脈波により血流量が変化すると、超音波が伝搬する場合の伝達係数が変化する。これは、脈波によって動脈の血流量及び血液密度が変化し、超音波の減衰率が変化するためであると考えられる。
【００１２】
図１は、このような動脈をを伝搬する超音波の状態を概念的に表したものである。
図１（ａ）に示すように、発信器１１と受信器２１を体表１上に接触配置し、動脈２に向けて超音波Ａを発信器１１から発信する。そして、動脈２を含む体内を伝搬してくる超音波Ｂを受信器２１で受信する。
この場合図１（ａ）に示すように、超音波Ａが伝搬する動脈２の部分に脈波（血流量の増加部分）が存在しない場合、発信器１１で発信した超音波Ａはあまり減衰せずに動脈を含む体内を受信器２１まで伝搬する。
これに対し（ｂ）に示すように、脈波３が存在する場合、発信器１１で発信した超音波Ａは脈波３部分で大きく減衰したのち受信器２１まで伝搬する。
そして、受信器２１で受信する、脈波３が存在しない場合の超音波Ｂと、脈波３が存在する場合の超音波Ｃとを比較すると、その振幅はＢ＞Ｃになっている。
本実施形態では、脈波３の有無により減衰率が変化する超音波を受信器２１で受信し、その受信した超音波の振幅の変化から脈波を検出するようにしたものである。
【００１３】
なお、従来の脈波検出装置と同様に、脈波によるドップラ効果によって受信する超音波Ｂと超音波Ｃとの間でも位相や周波数が変化するが、この変化はごく僅かであるのに対して、振幅の変化量は大きいため容易に検出できる。
また、図１（ｃ）に示すように、矢印Ｅで表す体動によって動脈２が（ａ）の通常位置から体表１側に移動した場合、受信器２１で受信する超音波Ｄは発信した超音波Ａに比べて位相や周波数が変化（脈波による変化量と同程度）しているが、血流量が変化していないため振幅が大きく変化することはない。
すなわち、体動による動脈位置の変化は、位相や周波数に対しては脈波の場合と同程度の変化をもたらすためにノイズとなるが、振幅に対しては変化が小さいためにノイズとはなりにくい。
このように、本実施形態の脈波検出装置では、体動による影響が少ないため極めて容易に脈波を検出することができ、その検出方法も受信した超音波を振幅検波する方式であるため簡単に構成することができる。
【００１４】
本実施形態では、以上の原理に基づいて、発信器から動脈に向けて発信した超音波が脈流によって減衰しながら伝搬（反射）される超音波（伝搬波）を受信器で受信し、受信した超音波の振幅検波を行うことで脈波波形（検波信号）を得るものである。
この脈波波形から、脈波に関する情報として脈拍数を取得し、表示部に取得した脈拍数を表示する。
また、脈波に関する情報の取得処理として、脈波波形をＡ／Ｄ変換してメモリに記憶し、表示部に波形を画像表示したり、又は、パーソナルコンピュータや、医療用の診断装置等の各種外部装置に出力する。
【００１５】
（２）本実施形態の詳細
図２は、第１の実施形態の脈波検出装置の構成を表したものである。
この図２に示すように、脈波検出装置は、発信部１０と、受信器２１と、検波部３０と、脈波情報取得部４０と、出力部５０とを備えている。
発信部１０は、体表面に配置される発信器１１及び、この発信器１１を駆動して超音波を発信させる駆動回路１２を備えている。発信器１１は動脈上に配置され、動脈に向けて３２ＫＨｚの超音波Ａを発信するようになっている。
発信器の発信周波数を３２ＫＨｚとすることで、脈波検出装置を時計に配置した場合、時計の発振周波数と共通であるため、発信器１１と駆動回路１２を時計と共通に使用することが可能になる。すなわち、本実施形態の発信部１０として時計の駆動回路１２と発信器１１を使用し、必要に応じて増幅した後に出力する。これにより、脈波検出装置の部品点数を少なくすることができ、安価に製造することができる。
なお、発信器１１による発信周波数としては、３２ＫＨｚに限らず、任意周波数の超音波を発信することが可能であり、２０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ、好ましくは３０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚの範囲で選択することができる。また、時計において他の発振周波数ｍが採用されている場合には、同一の周波数ｍとすることも可能である。
【００１６】
受信器２１は、発信器１１近傍の体表面動脈上に配置される。そして受信器２１は、発信器１１から発信され動脈を含む体内を伝搬してきた超音波Ｆを受信し、受信した信号を検波部３０に供給するようになっている。
なお、発信器１１と受信器２１とは、脈波センサとして同一部品内にパッケージされて、動脈上の体表面に配置されるようになっている。
【００１７】
検波部３０は、検波回路３１を備えており、受信器２１から供給される受信信号（超音波信号Ｆ）を振幅検波して、脈波情報取得部４０に供給するようになっている。
図３は、検波回路３１の具体的構成の一例を表したものである。
この検波回路３１は、通常のＡＭ検波回路と同様に、整流用のダイオード３１１と、平滑用のコンデンサ３１２と、負荷抵抗３１３とを備えている。この検波回路３１に受信器２１で受信した超音波が入力されると、ダイオード３１１による整流とコンデンサ３１２による平滑化の後、負荷抵抗３１３の両端子電圧として、検波信号が出力される。
なお、図３に示した検波回路３１は一例であり、ＡＭ検波回路で採用されている各種構成と同様の構成とすることが可能である。例えば、抵抗３１３の一方の端子と出力端子との間に直列にコンデンサを接続することで直流成分を除去するようにしてもよい。
【００１８】
脈波情報取得部４０（図２）は、検波回路３１で振幅検波された後の信号から脈拍数を計数する脈拍計数部４１を備えている。この脈拍計数部４１では、各脈波間の時間間隔を所定回数（例えば、３回、５回、７回、１０回等）測定し、各回の測定時間の平均時間Ｔから１分間の脈拍数Ｖを次の数式（１）に従って求めるようになっている。
Ｖ＝６０／Ｔ … （１）
なお、脈波間の平均時間Ｔから脈拍数を求める場合に限られず、例えば、所定時間ｔ（例えば、１０秒）内に存在する脈波数ｗを検出し、次の数式（２）により１分間の脈拍数Ｖを求めるようにしてもよい。
Ｖ＝ｗ×（６０／ｔ） … （２）
脈拍計数部４１では、また、各脈波毎にパルス信号等の脈波の存在を示す脈波信号を発生させるようになっており、求めた脈拍数と共に、出力部５０に供給するようになっている。
【００１９】
出力部５０は表示部５１を備えており、脈拍計数部４１から供給される脈拍数を表示するようになっている。表示部５１は、液晶表示装置で構成することで脈拍数を画像表示し、又は、パネルに脈拍数を電光表示するようにしてもよい。
【００２０】
図４は、このように構成された各部における波形状態を表したものである。
図４（ａ）は、発信器１１から発信される周波数３２ＫＨｚの超音波Ａの波形を表したものである。
この超音波Ａが動脈を含む体内を伝搬して受信器２１で受信された超音波Ｆの波形を表したものが（ｂ）である。この受信波形で示されるように、脈波によって受信超音波Ｆの振幅がＧの位置で大きく減衰している。
この受信超音波Ｆを検波回路３１で振幅検波した後の検波波形Ｈを表したものが図４（ｃ）で、脈波による受信超音波Ｆの減衰部分Ｇに対応して、脈波波形Ｉが現れる。この脈波波形Ｉにおけるピーク間の時間Ｔ１〜Ｔｎを検出して、その平均値Ｔを脈波数計数部４１で求め、求めた平均値Ｔから上記式（１）に従って、脈拍数Ｖが求まる。
【００２１】
図５は、時計に組み込んだ脈波検出装置により脈波を検出する状態を表したものである。
この図５に示されるように脈波検出装置（時計）６０は、時計本体６１と、ベルト６２を備えており、ベルト６２の内側にはセンサ１９が取り付けられている。
時計６０は、一般の時計と同様に、時計本体６１を手の甲側にして左（又は右）手首５に取り付けるようになっている。その際、センサ１９の位置は、（ｂ）に示されるように、とう骨動脈上に位置するようにセンサ１９をベルト６２の長さ方向に移動して位置調整できるようになっている。
センサ１９には、発信器１１と受信器２１とが、（ｃ）に示されるようにとう骨動脈２に沿って配置されるように、ベルト６２の長さ方向と直交する方向に並べられ、手先側に発信器１１が肩側に受信器２１が配置されている。なお、発信器１１と受信器２１の配置位置は、この逆であってもよい。
【００２２】
時計本体６１には、時計のムーブメント等の駆動部の他、発信部１０の駆動回路１２、検波部３０、脈波情報取得部４０、表示部５１が配置されている。駆動回路１２については、時計機能で使用される駆動回路と兼用にしてもよい。
センサ１９と、時計本体６１の駆動回路１２、検波回路３１とは、ベルト６２内に組み込まれた図示しない配線によって接続されている。
時計本体６１の表示面（文字盤）は、時計としての時刻（や日、曜日等）が表示される時計表示部６３と、脈拍数が表示される脈拍数表示部６４および脈拍表示部６５からなる表示部５１とを備えている。
脈拍計数部４１は、図４（ｃ）に示した脈波波形Ｉのピークを検出する毎にパルス信号を表示部に供給するようになっており、このパルス信号の出力に応じて脈拍表示部６５が緑色点滅するようになっている。この脈拍表示部６５の点滅をみることで、ユーザは自分の脈波を視覚的に認識することができる。
なお、脈拍表示部６５の点滅色を脈拍数に応じて変えるようにしてもよい。例えば、６９以下を黄色点滅、脈拍数が７０〜９０の間は青色点滅、９１〜１１０の間を緑色点滅、１１１〜１３０の間を橙色点滅、１３１以上を赤色点滅とする。このように、脈拍数に応じて脈拍表示部６５の点滅色が変化するので、現在の脈拍の状態を容易に区別することができる。
【００２３】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、動脈をながれる血流量によって超音波の伝達係数が変化し減衰率の変化（振幅の大きな変化）として現れることに着目し、振幅変化から脈波を検出する方式を採用するようにした。
これにより、従来の周波数変化から脈波を検出する方式に比べて、ＡＭ電波を検波する場合と同様にきわめて簡単な構成によって、脈波を検出することが可能になった。また、体動により動脈の位置が変化しても超音波の振幅の変化率は小さいため、体動ノイズの影響を受けることとが極めて少なくなり、より正確に脈波を検出することが可能になった。
このように本実施形態によれば、体動によるノイズを受けることなく、簡単な構成により脈波（脈拍）を検出することができるので、日常的な生活を営みながらでも継続的に脈波を検出することができる。
【００２４】
次に第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態では、検波回路３１で振幅検波する前に、体動ノイズによる低周波成分を除去するようにしたものである。
図６は、第２の実施形態における脈波検出装置の構成を表したものである。なお、図２に示した第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して、適宜その説明を省略するものとする。
この実施形態における脈波検出装置では、検波部３０が検波回路３１の他にハイパスフィルタ３２を備えている。このハイパスフィルタ３２は、周波数ｆｃ以上の高周波を通過させ、それ未満の周波数成分は通過阻止するフィルタであり、コンデンサＣとコイルＬとの組み合わせにより構成されている。
このハイパスフィルタ３２は、受信器２１及び検波回路３１の間に配置され両者と接続されている。
なお、ハイパスフィルタ以外に、発信超音波の周波数近傍の帯域（ドップラ効果による変化後の周波数を含む帯域）のみを通過させる帯域通過フィルタを使用するようにしても良い。
【００２５】
図７は、第２の実施形態による各部の波形状態を表したものである。
この図（ａ）に示されるように、受信器２１で受信される超音波Ｆの波形には、脈波による振幅が減衰した部分Ｇのほかに、体動による低周波成分の波形Ｊが乗る場合がある。この体動による波形Ｊの部分は受信超音波Ｆの振幅自体には大きく影響を与えない。
このため、受信器２１で受信した超音波Ｆをハイパスフィルタ３２に通すことで、体動による低周波成分がカットされ、図７（ｂ）に示すように、体動がなかった場合の受信超音波Ｆの波形と同様な波形Ｆ′が得られる。この波形を検波回路３１で振幅検波することで（ｃ）に示される検波波形Ｈが得られ、この検波波形Ｈにおいて、脈波に対応した正確な脈波波形Ｉが得られる。
この検波波形Ｈは脈拍計数部４１に入力され、第１の実施形態と同様に、脈波波形Ｉのピーク間の平均時間Ｔが求められ、上記数式（１）に従って脈拍数Ｖが算出される。
【００２６】
本実施形態の脈波検出装置も、第１の実施形態と同様に時計に組み込むことが可能であり、図５に示すように、センサ１９に発信器１１と受信器２１を、センサ１９以外の部分（ハイパスフィルタ３２も含む）を時計本体６１に配設するようにしてもよい。
【００２７】
このように、第２の実施形態によれば、体動によるノイズが発生したとしてもその成分が低周波であることから、容易にハイパスフィルタで除去することができ、より正確に脈波、及び脈拍数を検出することが可能になる。
【００２８】
次に第３の実施形態について説明する。
上述したように第１の実施形態によれば、周波数変化から脈波を検出する方式をやめ、振幅変化から脈波を検出する方式を採用することで、体動ノイズの影響を受けることが極めて少なくなった。しかし、それでも体動ノイズが僅かに残る場合があり、また、過激な動きを被検者が行った場合等には体動ノイズが発生する場合がある。
そこで、この第３の実施形態では、体動センサを動脈上から離れた位置（脈波による影響を受けない位置）に配置し、体動によるノイズを別途検出し、検出した体動ノイズ成分を使用し、検波回路３１で得られる波形から体動ノイズ成分をキャンセルするようにしたものである。
【００２９】
図８は、第３の実施形態における脈波検出装置の構成を表したものである。なお、図２に示した第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して、適宜その説明を省略するものとする。
この第３の実施形態における脈波検出装置では、体動を検出する体動センサ７１と、この体動センサ７１により検出される体動波形を受信機２１で検出する受信超音波Ｆに含まれる体動ノイズと同一波形となるようにレベル調整及び変形するための増幅処理部７２を備えている。
【００３０】
体動センサ７１は、ピエゾ型の圧電素子がセンサとして使用されており、体動による体表面の変位に対応した波形の信号を出力し、増幅処理部７２に入力すようになっている。
増幅処理部７２は、受信器２１で受信される体動ノイズの波形と体動センサ７１で検出される波形との関係を予め調べておき、体動センサ７１の検出波形が受信器２１で受信される体動ノイズと同一レベル、同一波形になるための非線形の伝達関数を求め、その伝達関数を有する回路となるように構成されている。
【００３１】
また、脈波検出装置は、脈波情報取得部４０が脈拍計数部４１と脈波抽出部（体動成分除去手段）４２を備えている。この脈波抽出部４２には、検波回路３１の出力信号および増幅処理部７２の出力信号が入力される。そして、検波回路３１から入力される体動ノイズの波形成分を含んだ振幅検波信号と、増幅処理部７２から入力される体動ノイズの波形との差分をとることで、体動ノイズが除去された脈波信号を得ることができるようになっている。
【００３２】
図９は、第３の実施形態におけるセンサ１９の構成を表したものである。
この図９に示されるように、センサ１９には、発信器１１、受信器２１と体動センサ７１とを備えている。そして、発信器１１と受信器２１は、第１の実施形態において図５で説明したと同様に、とう骨動脈２の上部に位置するように配置されており、一方、体動センサ７１は、発信器１１と受信器２１の近傍だがとう骨動脈上から離れた位置（とう骨動脈による脈波を検出しない位置）に配置されている。
本実施形態の脈波検出装置も、第１の実施形態と同様に時計に組み込むことが可能であり、図５に示すように、センサ１９に発信器１１、受信器２１、体動センサ７１を、センサ１９以外の部分（増幅処理部７２、脈波抽出部４２も含む）を時計本体６１に配設するようにしてもよい。
【００３３】
そして、第３の実施形態の脈波検出装置を時計に組み込む場合には、図５（ａ）、（ｂ）で説明したと同様に、発信器１１、受信器２１、及び体動センサ７１を有するセンサ１９を、ベルト６２の長手方向に移動調整可能なように内側に取り付ける。そしてセンサ１９以外の各部（駆動回路１２、検波回路３１、増幅処理部７２、脈波抽出部４２、脈拍計数部４１、及び表示部５１）を時計本体６１に配設し、両者間の配線をベルト６２内に組み込むようにしてもよい。
【００３４】
図１０は、第３の実施形態による各部の波形状態を表したものである。
図１０（ａ）は、受信器２１で受信される超音波Ｆの波形を表したもので、脈波による振幅が減衰した部分Ｇのほかに、体動によるノイズ波形Ｋが併せて検出されている。
この超音波波形Ｆを検波回路３１で振幅検波すると、図１０（ｂ）に示す検波波形Ｍが得られる。この検波波形Ｍにも、脈波波形Ｉの他に体動ノイズ波形Ｏが現れてしまう。
一方、図１０（ｃ）は、体動センサ７１で検出した体動波形を増幅処理部７２でレベル調整及び変形した後の体動波形Ｎを表したものであり、体動ノイズによる波形Ｐが検出されている。
そして、脈波抽出部４２において、検波波形Ｍから体動波形Ｎの差分をとることで、図１０（ｄ）に示す脈波抽出波形Ｑが得られる。この脈波抽出波形Ｑにおいて、脈波に対応した正確な脈波波形Ｉが得られる。
【００３５】
この脈波抽出波形Ｑは脈拍計数部４１に入力され、第１の実施形態と同様に、脈波波形Ｉのピーク間の平均時間Ｔが求められ、上記式（１）に従って脈拍数Ｖが算出される。
【００３６】
このように、第３の実施形態によれば、体動によるノイズが存在したとしても、その体動ノイズを別途体動センサ７１と増幅処理部７２とで検出してるので、受信機２１で受信した受信超音波Ｆに含まれる体動ノイズの成分をキャンセルすることができる。従って、より正確に脈波、及び脈拍数を検出することが可能になる。
【００３７】
（３）変形例
各請求項に記載した発明は、説明した各実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲において、次に説明するように各種の変形例を採用することが可能である。
なお、以下に説明する各変形例では、各実施形態に説明された構成と同一構成部分については説明を省略し、変形部分を中心に説明する。
【００３８】
（ａ）第１の変形例
説明した各実施形態では、脈波情報取得部４０に脈拍計数部４１を具備させ、脈波に関する情報として脈拍数と脈波信号（パルス信号）を生成する取得処理を行うようにし、出力部５０の表示部５１（脈拍数表示部６４、脈拍表示部６５）に脈拍数と緑色点滅による脈拍を表示するようにしたのに対し、この第１の変形例では、脈波情報取得部４０において脈波波形の記憶処理を行い、出力部５０において外部装置に対して脈波波形を出力する。
【００３９】
図１１は、第１の変形例における、脈波情報取得部４０と出力部５０の構成を表したものである。
この図１１に示されるように、脈波情報取得部４０は、脈波波形をデジタル信号に変換処理するＡ／Ｄ変換部４５と、変換後の脈波情報（脈波波形）を記憶する脈波情報記憶部４６とを備えている。脈波情報記憶部４６としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク等の、データを磁気的、電気的、光学的に記憶する各種記憶媒体を使用することができ、その容量は任意であるが、少なくとも１時間分〜１日分、好ましくは１週間分、さらに好ましくは１ヶ月分の脈波情報の蓄積が可能な容量が採用される。
出力部５０は、脈波検出装置をパーソナルコンピュータや、医療用の診断装置等の各種外部装置に接続するためのＩ／Ｆ部５５を備えている。
なお、この変形例を第１の実施形態と第２の実施形態に適用する場合には、検波回路３１から出力される検波波形ＨがＡ／Ｄ変換部４５に入力される。また、第３の実施形態に適用される場合には、脈波情報取得部４０が脈波抽出部４２も備え、この脈波抽出部４２から出力される脈波抽出波形ＱがＡ／Ｄ変換部４５に入力される。
【００４０】
このような構成の第１変形例によれば、日常生活の中で継続的に脈波を検出し、その情報を蓄積しておくことができる。そして、後日Ｉ／Ｆ部５５に外部装置を接続し、蓄積した脈波情報を外部装置に一括して出力することができる。
これにより、例えば、医療用の診断装置（外部装置）において、長時間分の脈波情報が得られ、そのユーザの状態を医療的な観点からより正確に診断することができる。例えば、脈拍の揺らぎを調べることでユーザの心理的緊張状態やリラックスした状態か否かを調べることができる。また、脈波のリズム、脈拍の大きさ、脈拍の立ち上がり速度（速いか遅いか）等を調べることも可能である。
【００４１】
なお、脈波情報取得部４０及び出力部５０の構成として、第１の変形例と各実施形態とを組み合わせるようにしてもよい。
例えば、第１及び第２の実施形態と第１の変形例を組み合わせた場合、脈波情報取得部４０に脈拍計数部４１、Ａ／Ｄ変換部４５、記憶部４６を具備させ、記憶部４６にＡ／Ｄ変換された脈波情報（脈波波形）と、所定時間毎の脈拍数とを格納する。記憶部４６に脈拍数を格納する場合の所定時間は、図示しない時間間隔設定部により、例えば、５分から２４時間まで５分間隔で任意の時間を設定することができる。脈拍数は設定された時間間隔毎の脈拍数をその算出時刻を示すデータと共に格納される。
そして、出力部５０に表示部５１とＩ／Ｆ部５５を具備させ、表示部５１に脈拍数と、脈波表示（緑色点滅）６５を表示する。Ｉ／Ｆ部５５に外部装置が接続された場合には、記憶部４６に格納された脈波情報と、必要に応じて一定時間毎の脈拍数と時刻データを出力する。
なお、表示部５１には、脈拍数と脈波表示（緑色点滅）に加えて（又は、画面切替信号の入力による別画面において）、脈波波形（図４、７、１０のＨ、Ｑ）を表示させるようにしてもよい。この場合の脈波波形としては、検波回路３１又は脈波抽出部４２から出力される脈波波形をリアルタイムに表示すると共に、日時や時刻を指定することで該当する脈波波形を記憶部４６から読み出して過去の脈波波形を表示するようにしてもよい。
【００４２】
（ｂ）第２の変形例
説明した各実施形態では、センサ１９をベルト６２に取り付けたが時計本体６１の文字盤と反対側（体表と接する側）にセンサ１９（発信器１１と受信器２１）を取り付けるようにしてもよい。
この場合、脈拍の測定を行う際には、時計本体６１を手の甲と反対側にし、センサ１９をとう骨動脈上に位置させる。このようにセンサ１９を時計本体６１に配置することで、配線をベルト６２内に組み込む必要がなくなる。
【００４３】
（ｃ）第３の変形例
脈波検出装置を時計に組み込むことなく、単独の装置として構成してもよい。この場合においても、時計の場合と同様に、センサ１９とその他の部分を分離して構成し、センサ（発信器１１と受信器２１）をとう骨動脈上にベルトで配置し、センサ以外の各部（発信部１０の駆動回路１２、検波部３０、脈波情報取得部４０、出力部５０）を手の甲側に配置してもよい。
また、センサ（発信器１１と受信器２１）以外の部分を、センサが取り付けられたベルトとは別体で構成し、両者を配線で接続するようにしてもよい。この場合、例えば、Ｙシャツ等の薄手の衣類の上から上腕動脈上にセンサを配置し、センサ以外の部分を胸ポケットやスーツの内ポケットに収納するようにしてもよい。
なお、第２の変形例と第３の変形例は、第１の変形例と組み合わせることも可能である。
また、とう骨動脈、上腕動脈以外に、大腿動脈、総頸動脈、尺骨動脈、前頸骨動脈、後頸骨動脈、足背動脈、しつか動脈（ひかがみ動脈）に向けて超音波を発信させるようにしてもよい。そして、脈波検出装置を取り受ける動脈位置によっては、バンドではなく医療用のテープを使用して動脈上にセンサ１９を配置するようにしてもよい。
【００４４】
（ｄ）第４の変形例
第３の実施形態では、圧電素子による体動センサ７１を使用したが、この変形例では、脈波を検出する場合と同様に、超音波を受信して振幅検波することで体動による波形を検出するようにしてもよい。
すなわち、発信器１１と駆動回路１２を有する発信部１０と、受信器２１と検波回路３０を、それぞれ２組具備させる。そして、１組の発信器１１ａと受信器２１ａの両者をとう骨動脈上に配置して脈波検出用の脈波センサ１９ａとし、他方の発信器１１ｂと受信器２１ｂの両者をとう骨動脈上からずらした位置に、脈波センサ１９ａと平行に配置して体動検出用の体動センサ１９ｂとする。なお、脈波センサ１９ａと体動センサ１９ｂとは、同一のセンサ１９に組み込んで形成してもよいし、それぞれ別体に形成するようにしてもよい。
【００４５】
このように、体動センサ１９ｂを脈波センサ１９ａと同一種類のセンサとすることで、体動に対してほぼ同一の波形を受信器２１ａ、２１ｂで受信することができる。従って、増幅処理部７２の構成は、両者の信号レベルを調節する回路構成だけでよく、簡単な構成でより正確な体動の検出、ひいては正確な脈波の検出が可能になる。
【００４６】
（ｅ）第５の変形例
第５の変形例では第４の変形例をさらに変形したものである。すなわち、第４の変形例では、発信器１１と駆動回路１２を有する発信部１０と、受信器２１と検波回路３０を、それぞれ２組具備させたが、この第５の変形例では、体動センサ１９ｂの発信部１０を省略し、脈波センサ１９ａの発信部１０ａを共通使用するようにしたものである。
この第５の変形例の場合、図９に示したセンサの構成と同様になり、符号７１の位置に体動センサ１９ｂの受信器が配置される。そして、発信器１１と受信器２１とで脈波センサ１９ａが構成され、同一の発信器１１と受信器７１で体動センサ１９ｂが構成される。
この第５の変形例では、発信器１１から発信された超音波Ｆは、とう骨動脈２を伝搬して脈波センサ１９ａの受信器２１に受信されると共に、とう骨動脈２以外を伝搬して体動センサ１９ｂの受信器７１に受信され、それぞれの受信超音波が振幅検波される。
このように第５の変形例では、１つの発信部１０を脈波検出用と体動検出用とに共通使用するようにしたので、部品点数が減り、コストを削減すると共に装置を小型化することができる。
なお、第３の実施形態においても説明したように、この第５の変形例における脈波検出装置を時計に組み込む場合には、さらに、発信部１０の駆動回路１２を時計用の駆動回路を共通使用するようにしてもよい。これによってさらに部品点数が減り、コスト削減と装置の小型化がより促進される。
【００４７】
なお、図９に示した第３の実施形態、及び第４、第５の変形例では、とう骨動脈上に配置した脈波センサ（１１と２１）、１９ａの外側に体動センサ７１、１９ｂを配置したが、反対側（とう骨動脈上の内側）に体動センサ７１、１９ｂを配置するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の脈波検出装置によれば、動脈を伝搬する超音波を振幅検波することで脈波を検出するようにしたので、簡単な構成とすることができる。また、体動によるノイズを発生しにくくすることができる。
また本発明の脈波検出装置によれば、前記帯域通過フィルタにより、たとえ体動によるノイズが発生したとしても、容易に除去することができる。
さらに本発明の脈波検出装置によれば、体動を検出する体動検出手段を備えるので、前記帯域通過フィルタによっても残るわずかな体動ノイズも除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における脈波検出の原理を説明するためのもので、血流を伝搬する超音波の状態を表した説明図である。
【図２】本発明における第１の実施形態の脈波検出装置の構成図である。
【図３】同上、実施形態における検波回路の構成図である。
【図４】同上、実施形態の各部における波形状態を表した説明図である。
【図５】同上、実施形態の脈波検出装置を時計に組み込んだ状態及び脈波検出状態を表した説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における脈波検出装置の構成図である。
【図７】第２の実施形態による各部の波形状態を表した説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における脈波検出装置の構成図である。
【図９】第３の実施形態におけるセンサの構成を表した図である。
【図１０】第３の実施形態による各部の波形状態を表した説明図である。
【図１１】本発明の第１の変形例における、脈波情報取得部と出力部の構成を表した図である。
【符号の説明】
１ 体表
２ とう骨動脈
３ 脈波
５ 手首
１０ 発信部
１１ 発信器
１２ 駆動回路
１９ センサ
１９ａ 脈波センサ
１９ｂ 体動センサ
２１ 受信器
３０ 検波部
３１ 検波回路
３２ ハイパスフィルタ
４０ 脈波情報取得部
４１ 脈拍計数部
４２ 脈波抽出部
４５ Ａ／Ｄ変換部
４６ 記憶部
５０ 出力部
５１ 表示部
５５ Ｉ／Ｆ部
６０ 時計
６１ 時計本体
６２ ベルト
６３ 時計表示部
６４ 脈拍数表示部
６５ 脈拍表示部
７１ 体動センサ
７２ 増幅処理部
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈波検出装置に係り、詳細には、動脈に対する超音波の送受信により脈波を検出する脈波検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動脈を流れる血流による脈波を検出することは、医療現場や健康管理を行う際に広く行われている。この脈波検出は、触診により所定時間の脈拍数として検出する場合の他、脈波検出装置を使用して電子的に脈拍数等を自動検出することも広く行われている。
電子的に脈波を検出して脈拍数を得る装置として、ピエゾ型の圧電素子をセンサとして動脈上に配置し、動脈内部の圧力変化に伴う表皮の圧力変化（圧力による表皮の変位）から脈拍数を検出するものや、超音波を利用して脈拍数を検出するものが存在する。
超音波を利用する脈波検出装置としては、血流によるドップラ効果を利用したものがあり、例えば、特開平１−２１４３３５号公報や、ＵＳＰ４０８６９１６で提案されている。すなわち、動脈に向けて超音波を発信し、その反射波を受信素子で受信すると、反射波の周波数や位相の変化を検出することができる。すなわち、血流により動脈が拡大している間は動脈表面が発信源と受信素子に近づくためドップラ効果により周波数が高くなり、逆に動脈が縮小している間は周波数が低くなる。この周波数や位相の変化を検出することで脈波を検出し、さらに脈拍数を検出したり、血流速を検出したりすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の脈波検出装置では、病院や自宅において安静にした状態で脈波を検出する場合には脈波を正確に検出することができるが、検出中に被検者が動いた場合には体動ノイズ（被検者の動きに基づくノイズ）が発生し、正確な脈波を検出できなかった。すなわち、被検者の体動によって、圧電素子を利用する場合であれば素子部分の表皮が動いてノイズが発生し、また超音波を利用する場合には筋肉や筋等の動きに伴って（血流量の変化とは関係なく）動脈の位置が変化することによりノイズが発生するため、日常的な動きの範囲であっても被検者が動いている場合には正確な脈波を検出することができなかった。
また、超音波を利用して受信した超音波の位相や周波数の変化を検出する場合、位相の変化や周波数の変化を検出するために、比較的複雑な構成と複雑な処理が必要とされていた。また、高周波数である超音波を使用しているのに対し、脈流により検出される位相や周波数の変化はごく僅かであるため、検出が大変であり、ノイズによる影響を受けやすかった。このため、日常的な生活の中で継続的に脈波を検出することは困難であった。
【０００４】
そこで、本発明はこのような従来の脈波検出装置における課題を解決するためになされたもので、体動によるノイズが発生しにくい脈波検出装置を提供することを第１の目的とする。
また、体動によるノイズの除去を容易に行うことが可能な脈波検出装置を提供することを第２の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、動脈に向けて超音波を発信する発信手段と、この発信手段から発信された前記動脈を伝搬する超音波を受信する受信手段と、この受信手段で受信された超音波を振幅検波する検波手段と、この検波手段による検波信号から脈波に関する情報を取得する脈波情報取得手段と、この脈波情報取得手段により取得された脈波に関する情報を出力する出力手段と、を脈波検出装置に具備させ、前記検波手段は、発信超音波の周波数近傍の帯域のみを通過させる帯域通過フィルタを備え、前記受信手段で受信された超音波を前記帯域通過フィルタに通過させた後に振幅検波を行う。
すなわち、動脈を伝搬することで減衰する超音波の振幅変化から脈波を検出することで、体動による影響を受けにくく、かつ、簡単な構成とすることができる。このため、日常的な生活を営みながらであっても、常時携帯しながら継続的に脈波を検出することができる。
簡単な構成であるため、例えば、脈波検出装置を時計に組み込むことで、日常的に使用することが可能になる。この場合、時計で使用する発振手段の一部又は全部を本発明の発信手段として共用することができ、更に簡単な構成とすることができる。
また、体動によるノイズが発生したとしてもその成分が低周波であることから、発信超音波の周波数近傍の帯域のみを通過させる帯域通過フィルタで容易に除去することができ、より正確に脈波、及び脈拍数を検出することが可能になる。
【０００７】
また本発明の脈波検出装置では、体動を検出する体動検出手段を備えると共に、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号に含まれる体動による成分を、前記体動検出手段による体動信号に基づいて除去する体動成分除去手段を備え、この体動成分除去手段による体動成分を除去した後の検波信号から脈波に関する情報を取得する。
すなわち、体動検出手段により別途体動を検出し、検波信号に含まれる成分を除去するので、帯域通過フィルタによっても残るわずかな体動ノイズも除去することができ、より正確に脈波を検出することができる。
【０００８】
また本発明の脈波検出装置では、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号から、脈波に関する情報として脈拍数を取得し、前記出力手段は、前記脈波情報取得手段により取得された脈拍数を出力する。
すなわち、最も一般的な脈拍を日常的に確認することができる。
【０００９】
また本発明の脈波検出装置では、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号を格納する記憶手段を備え、脈波に関する情報として、所定時間分の前記検波信号を前記記憶手段に格納し、前記出力手段は、前記記憶手段に格納された前記検波信号を出力する。
すなわち、所定時間分の検波信号を記憶手段に格納しておき、例えば、医療診断装置等の外部装置に対して出力することで、総合的な医療診断に利用することができる。
【００１０】
また本発明の脈波検出装置では、表示手段を備え、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号から脈波に関する情報として脈拍数又は脈波波形を取得し、前記出力手段は、前記脈波情報取得手段により取得された脈拍数又は脈波波形を前記表示手段に出力する。
すなわち、脈拍数又は脈波波形を表示することで、日常生活のなかでも容易に脈拍数や脈波波形を確認することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の脈波検出装置における好適な実施の形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。
（１）本実施形態による脈波検出の原理及び概要
動脈は、脈波により血流量が変化すると、超音波が伝搬する場合の伝達係数が変化する。これは、脈波によって動脈の血流量及び血液密度が変化し、超音波の減衰率が変化するためであると考えられる。
【００１２】
図１は、このような動脈をを伝搬する超音波の状態を概念的に表したものである。
図１（ａ）に示すように、発信器１１と受信器２１を体表１上に接触配置し、動脈２に向けて超音波Ａを発信器１１から発信する。そして、動脈２を含む体内を伝搬してくる超音波Ｂを受信器２１で受信する。
この場合図１（ａ）に示すように、超音波Ａが伝搬する動脈２の部分に脈波（血流量の増加部分）が存在しない場合、発信器１１で発信した超音波Ａはあまり減衰せずに動脈を含む体内を受信器２１まで伝搬する。
これに対し（ｂ）に示すように、脈波３が存在する場合、発信器１１で発信した超音波Ａは脈波３部分で大きく減衰したのち受信器２１まで伝搬する。
そして、受信器２１で受信する、脈波３が存在しない場合の超音波Ｂと、脈波３が存在する場合の超音波Ｃとを比較すると、その振幅はＢ＞Ｃになっている。
本実施形態では、脈波３の有無により減衰率が変化する超音波を受信器２１で受信し、その受信した超音波の振幅の変化から脈波を検出するようにしたものである。
【００１３】
なお、従来の脈波検出装置と同様に、脈波によるドップラ効果によって受信する超音波Ｂと超音波Ｃとの間でも位相や周波数が変化するが、この変化はごく僅かであるのに対して、振幅の変化量は大きいため容易に検出できる。
また、図１（ｃ）に示すように、矢印Ｅで表す体動によって動脈２が（ａ）の通常位置から体表１側に移動した場合、受信器２１で受信する超音波Ｄは発信した超音波Ａに比べて位相や周波数が変化（脈波による変化量と同程度）しているが、血流量が変化していないため振幅が大きく変化することはない。
すなわち、体動による動脈位置の変化は、位相や周波数に対しては脈波の場合と同程度の変化をもたらすためにノイズとなるが、振幅に対しては変化が小さいためにノイズとはなりにくい。
このように、本実施形態の脈波検出装置では、体動による影響が少ないため極めて容易に脈波を検出することができ、その検出方法も受信した超音波を振幅検波する方式であるため簡単に構成することができる。
【００１４】
本実施形態では、以上の原理に基づいて、発信器から動脈に向けて発信した超音波が脈流によって減衰しながら伝搬（反射）される超音波（伝搬波）を受信器で受信し、受信した超音波の振幅検波を行うことで脈波波形（検波信号）を得るものである。
この脈波波形から、脈波に関する情報として脈拍数を取得し、表示部に取得した脈拍数を表示する。
また、脈波に関する情報の取得処理として、脈波波形をＡ／Ｄ変換してメモリに記憶し、表示部に波形を画像表示したり、又は、パーソナルコンピュータや、医療用の診断装置等の各種外部装置に出力する。
【００１５】
（２）本実施形態の詳細
図２は、第１の実施形態の脈波検出装置の構成を表したものである。
この図２に示すように、脈波検出装置は、発信部１０と、受信器２１と、検波部３０と、脈波情報取得部４０と、出力部５０とを備えている。
発信部１０は、体表面に配置される発信器１１及び、この発信器１１を駆動して超音波を発信させる駆動回路１２を備えている。発信器１１は動脈上に配置され、動脈に向けて３２ＫＨｚの超音波Ａを発信するようになっている。
発信器の発信周波数を３２ＫＨｚとすることで、脈波検出装置を時計に配置した場合、時計の発振周波数と共通であるため、発信器１１と駆動回路１２を時計と共通に使用することが可能になる。すなわち、本実施形態の発信部１０として時計の駆動回路１２と発信器１１を使用し、必要に応じて増幅した後に出力する。これにより、脈波検出装置の部品点数を少なくすることができ、安価に製造することができる。
なお、発信器１１による発信周波数としては、３２ＫＨｚに限らず、任意周波数の超音波を発信することが可能であり、２０ＫＨｚ〜５０ＫＨｚ、好ましくは３０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚの範囲で選択することができる。また、時計において他の発振周波数ｍが採用されている場合には、同一の周波数ｍとすることも可能である。
【００１６】
受信器２１は、発信器１１近傍の体表面動脈上に配置される。そして受信器２１は、発信器１１から発信され動脈を含む体内を伝搬してきた超音波Ｆを受信し、受信した信号を検波部３０に供給するようになっている。
なお、発信器１１と受信器２１とは、脈波センサとして同一部品内にパッケージされて、動脈上の体表面に配置されるようになっている。
【００１７】
検波部３０は、検波回路３１を備えており、受信器２１から供給される受信信号（超音波信号Ｆ）を振幅検波して、脈波情報取得部４０に供給するようになっている。
図３は、検波回路３１の具体的構成の一例を表したものである。
この検波回路３１は、通常のＡＭ検波回路と同様に、整流用のダイオード３１１と、平滑用のコンデンサ３１２と、負荷抵抗３１３とを備えている。この検波回路３１に受信器２１で受信した超音波が入力されると、ダイオード３１１による整流とコンデンサ３１２による平滑化の後、負荷抵抗３１３の両端子電圧として、検波信号が出力される。
なお、図３に示した検波回路３１は一例であり、ＡＭ検波回路で採用されている各種構成と同様の構成とすることが可能である。例えば、抵抗３１３の一方の端子と出力端子との間に直列にコンデンサを接続することで直流成分を除去するようにしてもよい。
【００１８】
脈波情報取得部４０（図２）は、検波回路３１で振幅検波された後の信号から脈拍数を計数する脈拍計数部４１を備えている。この脈拍計数部４１では、各脈波間の時間間隔を所定回数（例えば、３回、５回、７回、１０回等）測定し、各回の測定時間の平均時間Ｔから１分間の脈拍数Ｖを次の数式（１）に従って求めるようになっている。
Ｖ＝６０／Ｔ … （１）
なお、脈波間の平均時間Ｔから脈拍数を求める場合に限られず、例えば、所定時間ｔ（例えば、１０秒）内に存在する脈波数ｗを検出し、次の数式（２）により１分間の脈拍数Ｖを求めるようにしてもよい。
Ｖ＝ｗ×（６０／ｔ） … （２）
脈拍計数部４１では、また、各脈波毎にパルス信号等の脈波の存在を示す脈波信号を発生させるようになっており、求めた脈拍数と共に、出力部５０に供給するようになっている。
【００１９】
出力部５０は表示部５１を備えており、脈拍計数部４１から供給される脈拍数を表示するようになっている。表示部５１は、液晶表示装置で構成することで脈拍数を画像表示し、又は、パネルに脈拍数を電光表示するようにしてもよい。
【００２０】
図４は、このように構成された各部における波形状態を表したものである。
図４（ａ）は、発信器１１から発信される周波数３２ＫＨｚの超音波Ａの波形を表したものである。
この超音波Ａが動脈を含む体内を伝搬して受信器２１で受信された超音波Ｆの波形を表したものが（ｂ）である。この受信波形で示されるように、脈波によって受信超音波Ｆの振幅がＧの位置で大きく減衰している。
この受信超音波Ｆを検波回路３１で振幅検波した後の検波波形Ｈを表したものが図４（ｃ）で、脈波による受信超音波Ｆの減衰部分Ｇに対応して、脈波波形Ｉが現れる。この脈波波形Ｉにおけるピーク間の時間Ｔ１〜Ｔｎを検出して、その平均値Ｔを脈波数計数部４１で求め、求めた平均値Ｔから上記式（１）に従って、脈拍数Ｖが求まる。
【００２１】
図５は、時計に組み込んだ脈波検出装置により脈波を検出する状態を表したものである。
この図５に示されるように脈波検出装置（時計）６０は、時計本体６１と、ベルト６２を備えており、ベルト６２の内側にはセンサ１９が取り付けられている。
時計６０は、一般の時計と同様に、時計本体６１を手の甲側にして左（又は右）手首５に取り付けるようになっている。その際、センサ１９の位置は、（ｂ）に示されるように、とう骨動脈上に位置するようにセンサ１９をベルト６２の長さ方向に移動して位置調整できるようになっている。
センサ１９には、発信器１１と受信器２１とが、（ｃ）に示されるようにとう骨動脈２に沿って配置されるように、ベルト６２の長さ方向と直交する方向に並べられ、手先側に発信器１１が肩側に受信器２１が配置されている。なお、発信器１１と受信器２１の配置位置は、この逆であってもよい。
【００２２】
時計本体６１には、時計のムーブメント等の駆動部の他、発信部１０の駆動回路１２、検波部３０、脈波情報取得部４０、表示部５１が配置されている。駆動回路１２については、時計機能で使用される駆動回路と兼用にしてもよい。
センサ１９と、時計本体６１の駆動回路１２、検波回路３１とは、ベルト６２内に組み込まれた図示しない配線によって接続されている。
時計本体６１の表示面（文字盤）は、時計としての時刻（や日、曜日等）が表示される時計表示部６３と、脈拍数が表示される脈拍数表示部６４および脈拍表示部６５からなる表示部５１とを備えている。
脈拍計数部４１は、図４（ｃ）に示した脈波波形Ｉのピークを検出する毎にパルス信号を表示部に供給するようになっており、このパルス信号の出力に応じて脈拍表示部６５が緑色点滅するようになっている。この脈拍表示部６５の点滅をみることで、ユーザは自分の脈波を視覚的に認識することができる。
なお、脈拍表示部６５の点滅色を脈拍数に応じて変えるようにしてもよい。例えば、６９以下を黄色点滅、脈拍数が７０〜９０の間は青色点滅、９１〜１１０の間を緑色点滅、１１１〜１３０の間を橙色点滅、１３１以上を赤色点滅とする。このように、脈拍数に応じて脈拍表示部６５の点滅色が変化するので、現在の脈拍の状態を容易に区別することができる。
【００２３】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、動脈をながれる血流量によって超音波の伝達係数が変化し減衰率の変化（振幅の大きな変化）として現れることに着目し、振幅変化から脈波を検出する方式を採用するようにした。
これにより、従来の周波数変化から脈波を検出する方式に比べて、ＡＭ電波を検波する場合と同様にきわめて簡単な構成によって、脈波を検出することが可能になった。また、体動により動脈の位置が変化しても超音波の振幅の変化率は小さいため、体動ノイズの影響を受けることとが極めて少なくなり、より正確に脈波を検出することが可能になった。
このように本実施形態によれば、体動によるノイズを受けることなく、簡単な構成により脈波（脈拍）を検出することができるので、日常的な生活を営みながらでも継続的に脈波を検出することができる。
【００２４】
次に第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態では、検波回路３１で振幅検波する前に、体動ノイズによる低周波成分を除去するようにしたものである。
図６は、第２の実施形態における脈波検出装置の構成を表したものである。なお、図２に示した第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して、適宜その説明を省略するものとする。
この実施形態における脈波検出装置では、検波部３０が検波回路３１の他にハイパスフィルタ３２を備えている。このハイパスフィルタ３２は、周波数ｆｃ以上の高周波を通過させ、それ未満の周波数成分は通過阻止するフィルタであり、コンデンサＣとコイルＬとの組み合わせにより構成されている。
このハイパスフィルタ３２は、受信器２１及び検波回路３１の間に配置され両者と接続されている。
なお、ハイパスフィルタ以外に、発信超音波の周波数近傍の帯域（ドップラ効果による変化後の周波数を含む帯域）のみを通過させる帯域通過フィルタを使用するようにしても良い。
【００２５】
図７は、第２の実施形態による各部の波形状態を表したものである。
この図（ａ）に示されるように、受信器２１で受信される超音波Ｆの波形には、脈波による振幅が減衰した部分Ｇのほかに、体動による低周波成分の波形Ｊが乗る場合がある。この体動による波形Ｊの部分は受信超音波Ｆの振幅自体には大きく影響を与えない。
このため、受信器２１で受信した超音波Ｆをハイパスフィルタ３２に通すことで、体動による低周波成分がカットされ、図７（ｂ）に示すように、体動がなかった場合の受信超音波Ｆの波形と同様な波形Ｆ′が得られる。この波形を検波回路３１で振幅検波することで（ｃ）に示される検波波形Ｈが得られ、この検波波形Ｈにおいて、脈波に対応した正確な脈波波形Ｉが得られる。
この検波波形Ｈは脈拍計数部４１に入力され、第１の実施形態と同様に、脈波波形Ｉのピーク間の平均時間Ｔが求められ、上記数式（１）に従って脈拍数Ｖが算出される。
【００２６】
本実施形態の脈波検出装置も、第１の実施形態と同様に時計に組み込むことが可能であり、図５に示すように、センサ１９に発信器１１と受信器２１を、センサ１９以外の部分（ハイパスフィルタ３２も含む）を時計本体６１に配設するようにしてもよい。
【００２７】
このように、第２の実施形態によれば、体動によるノイズが発生したとしてもその成分が低周波であることから、容易にハイパスフィルタで除去することができ、より正確に脈波、及び脈拍数を検出することが可能になる。
【００２８】
次に第３の実施形態について説明する。
上述したように第１の実施形態によれば、周波数変化から脈波を検出する方式をやめ、振幅変化から脈波を検出する方式を採用することで、体動ノイズの影響を受けることが極めて少なくなった。しかし、それでも体動ノイズが僅かに残る場合があり、また、過激な動きを被検者が行った場合等には体動ノイズが発生する場合がある。
そこで、この第３の実施形態では、体動センサを動脈上から離れた位置（脈波による影響を受けない位置）に配置し、体動によるノイズを別途検出し、検出した体動ノイズ成分を使用し、検波回路３１で得られる波形から体動ノイズ成分をキャンセルするようにしたものである。
【００２９】
図８は、第３の実施形態における脈波検出装置の構成を表したものである。なお、図２に示した第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して、適宜その説明を省略するものとする。
この第３の実施形態における脈波検出装置では、体動を検出する体動センサ７１と、この体動センサ７１により検出される体動波形を受信機２１で検出する受信超音波Ｆに含まれる体動ノイズと同一波形となるようにレベル調整及び変形するための増幅処理部７２を備えている。
【００３０】
体動センサ７１は、ピエゾ型の圧電素子がセンサとして使用されており、体動による体表面の変位に対応した波形の信号を出力し、増幅処理部７２に入力すようになっている。
増幅処理部７２は、受信器２１で受信される体動ノイズの波形と体動センサ７１で検出される波形との関係を予め調べておき、体動センサ７１の検出波形が受信器２１で受信される体動ノイズと同一レベル、同一波形になるための非線形の伝達関数を求め、その伝達関数を有する回路となるように構成されている。
【００３１】
また、脈波検出装置は、脈波情報取得部４０が脈拍計数部４１と脈波抽出部（体動成分除去手段）４２を備えている。この脈波抽出部４２には、検波回路３１の出力信号および増幅処理部７２の出力信号が入力される。そして、検波回路３１から入力される体動ノイズの波形成分を含んだ振幅検波信号と、増幅処理部７２から入力される体動ノイズの波形との差分をとることで、体動ノイズが除去された脈波信号を得ることができるようになっている。
【００３２】
図９は、第３の実施形態におけるセンサ１９の構成を表したものである。
この図９に示されるように、センサ１９には、発信器１１、受信器２１と体動センサ７１とを備えている。そして、発信器１１と受信器２１は、第１の実施形態において図５で説明したと同様に、とう骨動脈２の上部に位置するように配置されており、一方、体動センサ７１は、発信器１１と受信器２１の近傍だがとう骨動脈上から離れた位置（とう骨動脈による脈波を検出しない位置）に配置されている。
本実施形態の脈波検出装置も、第１の実施形態と同様に時計に組み込むことが可能であり、図５に示すように、センサ１９に発信器１１、受信器２１、体動センサ７１を、センサ１９以外の部分（増幅処理部７２、脈波抽出部４２も含む）を時計本体６１に配設するようにしてもよい。
【００３３】
そして、第３の実施形態の脈波検出装置を時計に組み込む場合には、図５（ａ）、（ｂ）で説明したと同様に、発信器１１、受信器２１、及び体動センサ７１を有するセンサ１９を、ベルト６２の長手方向に移動調整可能なように内側に取り付ける。そしてセンサ１９以外の各部（駆動回路１２、検波回路３１、増幅処理部７２、脈波抽出部４２、脈拍計数部４１、及び表示部５１）を時計本体６１に配設し、両者間の配線をベルト６２内に組み込むようにしてもよい。
【００３４】
図１０は、第３の実施形態による各部の波形状態を表したものである。
図１０（ａ）は、受信器２１で受信される超音波Ｆの波形を表したもので、脈波による振幅が減衰した部分Ｇのほかに、体動によるノイズ波形Ｋが併せて検出されている。
この超音波波形Ｆを検波回路３１で振幅検波すると、図１０（ｂ）に示す検波波形Ｍが得られる。この検波波形Ｍにも、脈波波形Ｉの他に体動ノイズ波形Ｏが現れてしまう。
一方、図１０（ｃ）は、体動センサ７１で検出した体動波形を増幅処理部７２でレベル調整及び変形した後の体動波形Ｎを表したものであり、体動ノイズによる波形Ｐが検出されている。
そして、脈波抽出部４２において、検波波形Ｍから体動波形Ｎの差分をとることで、図１０（ｄ）に示す脈波抽出波形Ｑが得られる。この脈波抽出波形Ｑにおいて、脈波に対応した正確な脈波波形Ｉが得られる。
【００３５】
この脈波抽出波形Ｑは脈拍計数部４１に入力され、第１の実施形態と同様に、脈波波形Ｉのピーク間の平均時間Ｔが求められ、上記式（１）に従って脈拍数Ｖが算出される。
【００３６】
このように、第３の実施形態によれば、体動によるノイズが存在したとしても、その体動ノイズを別途体動センサ７１と増幅処理部７２とで検出してるので、受信機２１で受信した受信超音波Ｆに含まれる体動ノイズの成分をキャンセルすることができる。従って、より正確に脈波、及び脈拍数を検出することが可能になる。
【００３７】
（３）変形例
各請求項に記載した発明は、説明した各実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲において、次に説明するように各種の変形例を採用することが可能である。
なお、以下に説明する各変形例では、各実施形態に説明された構成と同一構成部分については説明を省略し、変形部分を中心に説明する。
【００３８】
（ａ）第１の変形例
説明した各実施形態では、脈波情報取得部４０に脈拍計数部４１を具備させ、脈波に関する情報として脈拍数と脈波信号（パルス信号）を生成する取得処理を行うようにし、出力部５０の表示部５１（脈拍数表示部６４、脈拍表示部６５）に脈拍数と緑色点滅による脈拍を表示するようにしたのに対し、この第１の変形例では、脈波情報取得部４０において脈波波形の記憶処理を行い、出力部５０において外部装置に対して脈波波形を出力する。
【００３９】
図１１は、第１の変形例における、脈波情報取得部４０と出力部５０の構成を表したものである。
この図１１に示されるように、脈波情報取得部４０は、脈波波形をデジタル信号に変換処理するＡ／Ｄ変換部４５と、変換後の脈波情報（脈波波形）を記憶する脈波情報記憶部４６とを備えている。脈波情報記憶部４６としては、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク等の、データを磁気的、電気的、光学的に記憶する各種記憶媒体を使用することができ、その容量は任意であるが、少なくとも１時間分〜１日分、好ましくは１週間分、さらに好ましくは１ヶ月分の脈波情報の蓄積が可能な容量が採用される。
出力部５０は、脈波検出装置をパーソナルコンピュータや、医療用の診断装置等の各種外部装置に接続するためのＩ／Ｆ部５５を備えている。
なお、この変形例を第１の実施形態と第２の実施形態に適用する場合には、検波回路３１から出力される検波波形ＨがＡ／Ｄ変換部４５に入力される。また、第３の実施形態に適用される場合には、脈波情報取得部４０が脈波抽出部４２も備え、この脈波抽出部４２から出力される脈波抽出波形ＱがＡ／Ｄ変換部４５に入力される。
【００４０】
このような構成の第１変形例によれば、日常生活の中で継続的に脈波を検出し、その情報を蓄積しておくことができる。そして、後日Ｉ／Ｆ部５５に外部装置を接続し、蓄積した脈波情報を外部装置に一括して出力することができる。
これにより、例えば、医療用の診断装置（外部装置）において、長時間分の脈波情報が得られ、そのユーザの状態を医療的な観点からより正確に診断することができる。例えば、脈拍の揺らぎを調べることでユーザの心理的緊張状態やリラックスした状態か否かを調べることができる。また、脈波のリズム、脈拍の大きさ、脈拍の立ち上がり速度（速いか遅いか）等を調べることも可能である。
【００４１】
なお、脈波情報取得部４０及び出力部５０の構成として、第１の変形例と各実施形態とを組み合わせるようにしてもよい。
例えば、第１及び第２の実施形態と第１の変形例を組み合わせた場合、脈波情報取得部４０に脈拍計数部４１、Ａ／Ｄ変換部４５、記憶部４６を具備させ、記憶部４６にＡ／Ｄ変換された脈波情報（脈波波形）と、所定時間毎の脈拍数とを格納する。記憶部４６に脈拍数を格納する場合の所定時間は、図示しない時間間隔設定部により、例えば、５分から２４時間まで５分間隔で任意の時間を設定することができる。脈拍数は設定された時間間隔毎の脈拍数をその算出時刻を示すデータと共に格納される。
そして、出力部５０に表示部５１とＩ／Ｆ部５５を具備させ、表示部５１に脈拍数と、脈波表示（緑色点滅）６５を表示する。Ｉ／Ｆ部５５に外部装置が接続された場合には、記憶部４６に格納された脈波情報と、必要に応じて一定時間毎の脈拍数と時刻データを出力する。
なお、表示部５１には、脈拍数と脈波表示（緑色点滅）に加えて（又は、画面切替信号の入力による別画面において）、脈波波形（図４、７、１０のＨ、Ｑ）を表示させるようにしてもよい。この場合の脈波波形としては、検波回路３１又は脈波抽出部４２から出力される脈波波形をリアルタイムに表示すると共に、日時や時刻を指定することで該当する脈波波形を記憶部４６から読み出して過去の脈波波形を表示するようにしてもよい。
【００４２】
（ｂ）第２の変形例
説明した各実施形態では、センサ１９をベルト６２に取り付けたが時計本体６１の文字盤と反対側（体表と接する側）にセンサ１９（発信器１１と受信器２１）を取り付けるようにしてもよい。
この場合、脈拍の測定を行う際には、時計本体６１を手の甲と反対側にし、センサ１９をとう骨動脈上に位置させる。このようにセンサ１９を時計本体６１に配置することで、配線をベルト６２内に組み込む必要がなくなる。
【００４３】
（ｃ）第３の変形例
脈波検出装置を時計に組み込むことなく、単独の装置として構成してもよい。この場合においても、時計の場合と同様に、センサ１９とその他の部分を分離して構成し、センサ（発信器１１と受信器２１）をとう骨動脈上にベルトで配置し、センサ以外の各部（発信部１０の駆動回路１２、検波部３０、脈波情報取得部４０、出力部５０）を手の甲側に配置してもよい。
また、センサ（発信器１１と受信器２１）以外の部分を、センサが取り付けられたベルトとは別体で構成し、両者を配線で接続するようにしてもよい。この場合、例えば、Ｙシャツ等の薄手の衣類の上から上腕動脈上にセンサを配置し、センサ以外の部分を胸ポケットやスーツの内ポケットに収納するようにしてもよい。
なお、第２の変形例と第３の変形例は、第１の変形例と組み合わせることも可能である。
また、とう骨動脈、上腕動脈以外に、大腿動脈、総頸動脈、尺骨動脈、前頸骨動脈、後頸骨動脈、足背動脈、しつか動脈（ひかがみ動脈）に向けて超音波を発信させるようにしてもよい。そして、脈波検出装置を取り受ける動脈位置によっては、バンドではなく医療用のテープを使用して動脈上にセンサ１９を配置するようにしてもよい。
【００４４】
（ｄ）第４の変形例
第３の実施形態では、圧電素子による体動センサ７１を使用したが、この変形例では、脈波を検出する場合と同様に、超音波を受信して振幅検波することで体動による波形を検出するようにしてもよい。
すなわち、発信器１１と駆動回路１２を有する発信部１０と、受信器２１と検波回路３０を、それぞれ２組具備させる。そして、１組の発信器１１ａと受信器２１ａの両者をとう骨動脈上に配置して脈波検出用の脈波センサ１９ａとし、他方の発信器１１ｂと受信器２１ｂの両者をとう骨動脈上からずらした位置に、脈波センサ１９ａと平行に配置して体動検出用の体動センサ１９ｂとする。なお、脈波センサ１９ａと体動センサ１９ｂとは、同一のセンサ１９に組み込んで形成してもよいし、それぞれ別体に形成するようにしてもよい。
【００４５】
このように、体動センサ１９ｂを脈波センサ１９ａと同一種類のセンサとすることで、体動に対してほぼ同一の波形を受信器２１ａ、２１ｂで受信することができる。従って、増幅処理部７２の構成は、両者の信号レベルを調節する回路構成だけでよく、簡単な構成でより正確な体動の検出、ひいては正確な脈波の検出が可能になる。
【００４６】
（ｅ）第５の変形例
第５の変形例では第４の変形例をさらに変形したものである。すなわち、第４の変形例では、発信器１１と駆動回路１２を有する発信部１０と、受信器２１と検波回路３０を、それぞれ２組具備させたが、この第５の変形例では、体動センサ１９ｂの発信部１０を省略し、脈波センサ１９ａの発信部１０ａを共通使用するようにしたものである。
この第５の変形例の場合、図９に示したセンサの構成と同様になり、符号７１の位置に体動センサ１９ｂの受信器が配置される。そして、発信器１１と受信器２１とで脈波センサ１９ａが構成され、同一の発信器１１と受信器７１で体動センサ１９ｂが構成される。
この第５の変形例では、発信器１１から発信された超音波Ｆは、とう骨動脈２を伝搬して脈波センサ１９ａの受信器２１に受信されると共に、とう骨動脈２以外を伝搬して体動センサ１９ｂの受信器７１に受信され、それぞれの受信超音波が振幅検波される。
このように第５の変形例では、１つの発信部１０を脈波検出用と体動検出用とに共通使用するようにしたので、部品点数が減り、コストを削減すると共に装置を小型化することができる。
なお、第３の実施形態においても説明したように、この第５の変形例における脈波検出装置を時計に組み込む場合には、さらに、発信部１０の駆動回路１２を時計用の駆動回路を共通使用するようにしてもよい。これによってさらに部品点数が減り、コスト削減と装置の小型化がより促進される。
【００４７】
なお、図９に示した第３の実施形態、及び第４、第５の変形例では、とう骨動脈上に配置した脈波センサ（１１と２１）、１９ａの外側に体動センサ７１、１９ｂを配置したが、反対側（とう骨動脈上の内側）に体動センサ７１、１９ｂを配置するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の脈波検出装置によれば、動脈を伝搬する超音波を振幅検波することで脈波を検出するようにしたので、簡単な構成とすることができる。また、体動によるノイズを発生しにくくすることができる。
また本発明の脈波検出装置によれば、前記帯域通過フィルタにより、たとえ体動によるノイズが発生したとしても、容易に除去することができる。
さらに本発明の脈波検出装置によれば、体動を検出する体動検出手段を備えるので、前記帯域通過フィルタによっても残るわずかな体動ノイズも除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における脈波検出の原理を説明するためのもので、血流を伝搬する超音波の状態を表した説明図である。
【図２】本発明における第１の実施形態の脈波検出装置の構成図である。
【図３】同上、実施形態における検波回路の構成図である。
【図４】同上、実施形態の各部における波形状態を表した説明図である。
【図５】同上、実施形態の脈波検出装置を時計に組み込んだ状態及び脈波検出状態を表した説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における脈波検出装置の構成図である。
【図７】第２の実施形態による各部の波形状態を表した説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における脈波検出装置の構成図である。
【図９】第３の実施形態におけるセンサの構成を表した図である。
【図１０】第３の実施形態による各部の波形状態を表した説明図である。
【図１１】本発明の第１の変形例における、脈波情報取得部と出力部の構成を表した図である。
【符号の説明】
１ 体表
２ とう骨動脈
３ 脈波
５ 手首
１０ 発信部
１１ 発信器
１２ 駆動回路
１９ センサ
１９ａ 脈波センサ
１９ｂ 体動センサ
２１ 受信器
３０ 検波部
３１ 検波回路
３２ ハイパスフィルタ
４０ 脈波情報取得部
４１ 脈拍計数部
４２ 脈波抽出部
４５ Ａ／Ｄ変換部
４６ 記憶部
５０ 出力部
５１ 表示部
５５ Ｉ／Ｆ部
６０ 時計
６１ 時計本体
６２ ベルト
６３ 時計表示部
６４ 脈拍数表示部
６５ 脈拍表示部
７１ 体動センサ
７２ 増幅処理部
Claims (5)
- 動脈に向けて超音波を発信する発信手段と、
この発信手段から発信された前記動脈を伝搬する超音波を受信する受信手段と、
この受信手段で受信された超音波を振幅検波する検波手段と、
この検波手段による検波信号から脈波に関する情報を取得する脈波情報取得手段と、
この脈波情報取得手段により取得された脈波に関する情報を出力する出力手段と、
を備え、
前記検波手段は、発信超音波の周波数近傍の帯域のみを通過させる帯域通過フィルタを備え、前記受信手段で受信された超音波を前記帯域通過フィルタに通過させた後に振幅検波を行う、ことを特徴とする脈波検出装置。 - 体動を検出する体動検出手段を備えると共に、
前記脈波情報取得手段は、前記検波信号に含まれる体動による成分を、前記体動検出手段による体動信号に基づいて除去する体動成分除去手段を備え、この体動成分除去手段による体動成分を除去した後の検波信号から脈波に関する情報を取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の脈波検出装置。 - 前記脈波情報取得手段は、前記検波信号から、脈波に関する情報として脈拍数を取得し、
前記出力手段は、前記脈波情報取得手段により取得された脈拍数を出力する、ことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の脈波検出装置。 - 前記脈波情報取得手段は、前記検波信号を格納する記憶手段を備え、脈波に関する情報として、所定時間分の前記検波信号を前記記憶手段に格納し、
前記出力手段は、前記記憶手段に格納された前記検波信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の脈波検出装置。 - 表示手段を備え、
前記脈波情報取得手段は、前記検波信号から脈波に関する情報として脈拍数又は脈波波形を取得し、
前記出力手段は、前記脈波情報取得手段により取得された脈拍数又は脈波波形を前記表示手段に出力する、
ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４に記載の脈波検出装置。
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