JP5999881B2 - 脈波センサ - Google Patents
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Description
図1は、脈波測定の原理を説明するための模式図であり、図2は、生体内における光の減衰量(吸光度)が時間的に変化する様子を示す波形図である。
なお、心臓及び自立神経の支配を受けている脈波は、常に一定の挙動を示すものではなく、被験者の状態によって様々な変化(揺らぎ)を生じるものである。従って、脈波の変化(揺らぎ)を解析することにより、被験者の様々な身体情報を得ることができる。例えば、心拍数からは、被験者の運動能力や緊張度などを知ることができ、心拍変動からは、被験者の疲労度、快眠度、及び、ストレスの大きさなどを知ることができる。また、脈波を時間軸で2回微分することにより得られる加速度脈波からは、被験者の血管年齢や動脈硬化度などを知ることができる。
図3は、本発明に係る脈波センサの一構成例を模式的に示す断面図である。本構成例の脈波センサ1は、本体ユニット10と、本体ユニット10の両端部に取り付けられて生体2(具体的には手首)に巻き回されるベルト20とを備えた腕輪構造(腕時計型構造)とされている。ベルト20の素材としては、皮革、金属、樹脂などを用いることができる。
図4は、光センサ部11の第1構成例を模式的に示す断面図である。第1構成例の光センサ部11は、ケース11aと、遮光壁11bと、透光板11zと、発光部Aと、受光部Bと、を有する。
図9は、腕時計型の脈波センサ1における光センサ部11の配置レイアウト図である。腕時計型の脈波センサ1において、光センサ部11を担持する本体ユニット10(例えば直径28mm)は、その両端にベルト20が接続されるものであり、生体2(手首)への装着時には、ベルト20の締め付けによって生体2側への押圧力(図9中の太い矢印を参照)が与えられる部材である。
図12は、フィルタ部12の第1構成例を示す回路図である。第1構成例のフィルタ部12は、電流/電圧変換回路100と、1次CRハイパスフィルタ回路110(以下、HPF[high pass filter]回路110と呼ぶ)と、増幅回路120と、1次CRローパスフィルタ回路130(以下、LPF[low pass filter]回路130と呼ぶ)と、増幅回路140と、を有する。
実験では、いわゆる反射型の脈波センサ1において、発光部の出力波長をλ1(赤外:940nm)、λ2(緑:630nm)、及び、λ3(青:468nm)とし、発光部の出力強度(駆動電流値)を1mA、5mA、10mAに変化させたときの挙動を各々調査した。その結果、およそ波長600nm以下の可視光領域において、酸素化ヘモグロビンHbO2の吸収係数が大きくなり、測定される脈波のピーク強度が大きくなるため、脈波の波形を比較的取得しやすいことが分かった。
なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
2 生体(手首、耳朶)
10 本体ユニット
11 光センサ部
11a ケース
11b 遮光壁
11c 集光レンズ
11d、11e 蓋部材
11z 透光板
12 フィルタ部
13 制御部
14 表示部
15 通信部
16 電源部
20 ベルト
30 バネ蝶番
A 発光部(発光チップ)
B 受光部(受光チップ)
X 発光部
X1 基板
X2 発光チップ
X3 封止体
X4 ワイヤ
X5 導電体
X6 カラーフィルタ
Y 受光部
Y1 基板
Y2 受光チップ
Y3 封止体
Y4 ワイヤ
Y5 導電体
Y6 カラーフィルタ
100 電流/電圧変換回路
110 1次CRハイパスフィルタ回路
120 増幅回路
130 1次CRローパスフィルタ回路
140 増幅回路
200 電流/電圧変換回路
210 1次CRハイパスフィルタ回路
220 ボルテージフォロワ回路
230 2次CRローパスフィルタ回路
240 増幅回路
250 6次バンドパスフィルタ回路
260 増幅回路
270 中間電圧生成回路
R1〜R27 抵抗
C1〜C22 キャパシタ
OP1〜OP8 オペアンプ
Claims (7)
- 発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、
前記光センサ部の出力信号にフィルタ処理を施すフィルタ部と、
を有する脈波センサであって、
前記フィルタ部は、
前記光センサ部の出力信号から第1カットオフ周波数よりも低い周波数成分を逓減させるハイパスフィルタ回路と、
前記ハイパスフィルタ回路の出力信号を後段に伝達するボルテージフォロワ回路と、
前記ボルテージフォロワ回路の出力信号から第2カットオフ周波数よりも高い周波数成分を逓減させるローパスフィルタ回路と、
前記ローパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第1増幅回路と、
前記第1増幅回路の出力信号から第3カットオフ周波数よりも低い周波数成分と第4カットオフ周波数よりも高い周波数成分を逓減させるバンドパスフィルタ回路と、
前記バンドパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第2増幅回路と、
を有し、
前記第1カットオフ周波数は、前記第2カットオフ周波数よりも高く設定されていることを特徴とする脈波センサ。 - 前記ハイパスフィルタ回路は、0.66Hzの第1カットオフ周波数を持つ1次のCRハイパスフィルタ回路であることを特徴とする請求項1に記載の脈波センサ。
- 前記ローパスフィルタ回路は、0.26Hzの第2カットオフ周波数を持つ2次のCRローパスフィルタ回路であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の脈波センサ。
- 前記バンドパスフィルタ回路は、0.80Hzの第3カットオフ周波数と2.95Hzの第4カットオフ周波数を持つ6次のバンドフィルタ回路であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の脈波センサ。
- 発光部から生体に光を照射して前記生体内を透過した光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する光センサ部と、
前記光センサ部の出力信号にフィルタ処理を施すフィルタ部と、
を有する脈波センサであって、
前記フィルタ部は、
前記光センサ部の出力信号から第1カットオフ周波数よりも低い周波数成分を逓減させるハイパスフィルタ回路と、
前記ハイパスフィルタ回路の出力信号を後段に伝達するボルテージフォロワ回路と、
前記ボルテージフォロワ回路の出力信号から第2カットオフ周波数よりも高い周波数成分を逓減させるローパスフィルタ回路と、
前記ローパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第1増幅回路と、
前記第1増幅回路の出力信号から第3カットオフ周波数よりも低い周波数成分と第4カットオフ周波数よりも高い周波数成分を逓減させるバンドパスフィルタ回路と、
前記バンドパスフィルタ回路の出力信号を増幅する第2増幅回路と、
を有し、
前記バンドパスフィルタ回路は、0.80Hzの第3カットオフ周波数と2.95Hzの第4カットオフ周波数を持つ6次のバンドフィルタ回路であることを特徴とする脈波センサ。 - 前記フィルタ部は、電源電圧を分圧して中間電圧を生成する中間電圧生成回路を有し、前記ハイパスフィルタ回路、前記ローパスフィルタ回路、前記第1増幅回路、前記バンドパスフィルタ回路、及び、前記第2増幅回路は、いずれも、前記中間電圧を基準電圧として動作することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の脈波センサ。
- 前記発光部の出力波長は、およそ600nm以下の可視光領域に属することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の脈波センサ。
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