JPH02277435A - 生体異常判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車両の運転者、船舶或いは航空機の操縦者、
単純作業者等の覚醒度の低下、不整脈等の生体異常を判
定するに適した生体異常判定装置に関する。

（従来技術） 従来、この種の生体異常判定装置においては、例えば、
特開昭５９−２２５３７号公報に示されているように、
車両の運転者の指に入射する発光ダイオードからの光が
、指の中の血流により反射されてホトトランジスタによ
り受光されたとき、この受光量が、前記血流の量の運転
者の心拍Ｖｔ。

いは心拍に相当する脈波）に同期した変化に応じて変化
すること、及び心拍の周期の平均値と同周期のバラツキ
とが共に大きくなったとき、運転者が居眠り状態になる
ことを利用して、この居眠り状態を生体異常と判定する
ようにしたものがある。

また、特開昭５１−８４１８３号公報に示されているよ
うに、数回分平均化した脈拍の周期に平均値とすべき一
定範囲の数を乗じるとともにこの乗算結果を基準値とし
、この基準値と現実の脈拍の周期との比較により不整脈
を生体異常として報知するようにしたり、又は、特開昭
５３−１０５０８０号に示されているように、連続する
二つの心拍周期からそれぞれ求めた心拍数の差と比から
不整脈を生体異常と判定するようにしたものがある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上述のような特開昭５９−２２５３７号公報に
いう生体異常判定装置では、上述した心拍の周期が、種
々の外乱に起因する周期成分をも含むため、生体異常の
判定に誤りを生じ易いという難点がある。これに対して
は、種々の外乱のうち環境光に対しては、実開昭５１−
８８８９号公報に示されているように、５０（Ｈｚ）或
いは６０（Ｈｚ）で点灯する蛍光灯等の環境光周波数成
分でもって、発光ダイオードを高周波領域にて駆動し、
バンドパスフィルタの中心周波数を発光ダイオードの駆
動周波数付近に設定して、環境光の影響を除去するよう
にすることも考えられる。しかしながら、かかる構成に
よっても、車両においては、環境光が広い周波数成分に
亘り存在するため、特に脈波と環境光の各周波数成分が
ほぼ同一帯域にあり、かつ環境光の変化が大きい場合、
環境光変化の影響が依然として存在し生体異常の判定が
不安定となる。

かかる場合、生体信号、特に心拍周期の測定にあたり、
ビークトリ〃方式を採用し、両心拍信号の各ピークを検
出し、両ピーク間の時間を測定して周期を求めることも
考えられる。しかし、−周期に複数のピークをもつ心拍
信号とか雑音の多い信号に対しては、測定誤差を招くこ
とがある。また、特開昭５８−２２０２９号公報に示す
ように、心拍信号の自己相関関数を演算し、この演算結
果のピーク間隔から心拍周期を測定するようにした場合
には、自己相関値の演算のために、相当時間を要し、心
拍周期測定の時間分解能、即ちサンプリング周期の短縮
を困難としていた。

また、上述の各特開昭５１−８４１８３号公報及び５３
−１０５０８０号公報に開示した内容においては、正常
な人間であってもその呼吸運動により生じる心拍周期の
変動やその連続する心拍周期の差とか比が不適正となっ
て生体異常と誤判定することがある。

そこで、本発明は、上述のようなことに対処すべく、生
体異常判定装置において、生体の異常の有無を精度よく
判定するようにしようとするものである。

また、本発明は、上述のようなことに対処すべく、環境
光の影響を受けることなく、生体の異常の有無を精度よ
く迅速に判定するようにしようとするものである。

（課題を解決するための手段） かかる課題の解決にあたり、本発明の構成は、生体の脈
波を順次検出する脈波検出手段１と、前記各検出脈波の
周期を順次演算する周期演算手段２と、前記各演算周期
を周波数解析して前記脈波の周波数と強度との関係を表
わすスペクトル分布データを求める周波数解析手段３と
、前記スペクトル分布データに基き前記脈波の周波数０
．１（ｂｅａｔ−゛）近傍の前記強度のピーク及び前記
脈波の周波数０．２０．４（ｂｅａｔ−’　）内の前記
強度のピークを決定するピーク決定手段４と、前記両決
定ピークに応じ、生体の覚醒度の低下に相当する異常の
有無を判定する判定手段５とからなるようにしたことに
ある。

（作用） このように本発明を構成したことにより、脈波検出手段
１が生体の脈波を順次検出し、周期演算手段２が前記各
検出脈波の周期を順次演算し、周波数解析手段３が前記
各演算周期を周波数解析して前記スペクトル分布データ
を求め、ピーク決定手段４が、同スペクトル分布データ
に基き、前記脈波の周波数０．１（ｂｅａじ“）近傍及
び前記脈波の周波数０．２〜０．４（ｂｅａｔ−’　）
内の前記強度の各ピークを決定し、かつ判定手段５が、
前記各決定ピークに応じ、生体の覚醒度の低下に相当す
る異常の有無を判定するようにしたことにある。

（効果） このように、前記スペクトル分布データに基き、生体の
脈波の周波数０．１（ｂｅａｔ’　）近傍の強度のピー
クに加え、同脈波の周波数０．２〜０．４（ｂｅａじ°
）内の強度のピークをも決定して生体の覚醒度の低下に
相当する異常を判定するので、この判定精度を向上させ
得る。

かかる場合、周期演算手段２が、前記検出脈波の立上り
に基き後続する前記検出脈波の立上り条件を決定し、こ
の決定結果に応じ前記検出脈波に後続する脈波検出手段
１からの検出脈波の立上りを決定し、かつ前記両立上り
に基き前記周期を決定するようにすれば、常に先行の脈
波についての情報に基き前記検出脈波の周期を精度よく
迅速に決定できるので、この種装置の判定速度を、判定
精度の向上を確保しつつ、改善できる。

また、被駆動時に生体の身体の一部に向け発光しこの発
光を非駆動時に停止する発光素子と、前記身体の一部を
介し受光してこの受光量に応じ受光信号を生じる受光素
子と、この受光素子への環境光の入射を部分的に遮断す
る遮光手段と、前記発光素子を間欠的に駆動する駆動手
段と、前記発光素子の被駆動時に前記受光素子から生じ
る受光信号と前記発光素子の非駆動時に前記受光素子か
ら生じる受光信号との差を演算する差演算手段とを脈波
検出手段１に設けて、この脈波検出手段１により、前記
差演算手段の演算差を前記脈波として検出するようにし
た場合には、環境光が前記受光素子に部分的に入射した
としても、前記駆動手段による前記発光素子の間欠的駆
動下にて、同発光素子の被駆動時に前記受光素子から生
じる受光信号中の前記発光素子の発光成分及び環境光成
分と、同発光素子の非駆動時に前記受光素子から生じる
受光信号中の環境光成分との差が、前記差演算手段によ
り演算されて、前記脈波の検出結果には、環境光成分が
含まれることなく、生体の脈波成分のみが含まれること
となる。従って、生体の覚醒度の低下に相当する異常判
定が、環境光の影響を受けることなく、精度よくなされ
得る。

（！！１題を解決するための手段） また、上述の課題の解決にあたり、本発明の構成は、生
体の脈波を順次検出する脈波検出手段１と、前記各検出
脈波の周期を順次演算する周期演算手段２と、前記各検
出脈波に基き平均脈波数を演算する平均脈波数演算手段
６と、前記各検出脈波に基き現在脈波数を演算する現在
脈波数演算手段７と、前記平均脈波数及び現在脈波数に
応じ生体が平常状態か否かを判定する第１判定手段８と
、この第１判定手段８による平常状態との判定に基お前
記各演算周期を周波数解析して前記脈波の周波数と強度
との関係を表わすスペクトル分布データを求める周波数
解析手段３Ａと、前記スペクトル分布データに基き前記
脈波の周波数０．５（ｂｅａｔ）゛°近傍の前記強度の
ピークを決定するピーク決定手段４Ａと、前記決定ピー
クに応じ生体の不整脈に相当する異常の有無を判定する
第２判定手段５Ａとを設けるようにしたことにある。

（作用） しかして、このように本発明を構成したことにより、脈
波検出手段１が生体の脈波を順次検出し、周期演算手段
２が前記各検出脈波の周期を順次演算し、平均脈波数演
算手段６が前記各検出脈波に基き平均脈波数を演算し、
現在脈波数演算手段７が前記各検出脈波に基き現在脈波
数を演算する。

しかして、第ＩＮ定手段メが、前記平均脈波数及び現在
脈波数に応じ、生体が平常状態にある旨判定すると、周
波数解析手段３Ａが前記各演算周期を周波数解析して前
記スペクトル分布データを求め、ピーク決定手段４Ａが
、同スペクトル分布データに基き、前記脈波の周波数０
．５（ｂｅａｔ）−１近傍の面記強度のピークを決定し
、かつ第２　ｆ’ｆｆ定手段５Ａが同決定ピークに応じ
生体の不整脈に相当する異常の有無を判定する。

（効果） このように、前記スペクトル分布データに基き、平常状
態下での生体の脈波の周波数０．５（ｂｅａｔ）−“近
傍の強度を決定し、生体の不整脈に相当する異常を判定
するので、正常な生体の脈波のみだれに影響されること
なく、常に正しく精度よく生体異常を判定できる。

（実施例） 以下、本発明の第１実施例を図面により説明すると、第
２図及び第３図は本発明に係る生体異常判定装置の全体
構成を示しており、この生体異常判定装置は、車両の運
転者の耳なＪ：Ｍに装着した脈波センサ１０と、この脈
波センサ１０に接続した発光駆動回路２０及び信号処理
回路３０と、この信号処理回路３０に接続したマイクロ
コンピュータ４０と、このマイクロコンピュータ４０に
接続したブザー回路５０によって構成されている。

脈波センサ１０は、黒色材料からなるクリップ１１を備
えており、このクリップ１１は、その両クリップ片１１
ａ、ｆｌｂの各基端部を外方から把持してフィルスプリ
ング１２に抗して押圧したとき紬ｌｉｅを軸として両ク
リップ片１１ａ、ｌｌｂの各先端部を互いに外方へ傾動
させ、一方、両クリップ片１１ａ、ｌｌｂに対する把持
押圧の解除時にコイルスプリング１２の作用により紬１
１ｃを袖として両クリップ片１１ａ、ｌｌｂの各先端部
を互いに内方へ傾動させるようになっている。ホトリフ
レクタ１３は、そのプリント基板１４を介してクリップ
片１１ａの内面凹所内に適宜な手段により同門所の底壁
に平行に支持されており、このホトリフレクタ１３は、
発光ダイオード１３ａ及びホトトランジスタ１３ｂを内
蔵するようにＩＣにより単一チップ化されている。なお
、ホ）＋７７レクタ１３として、浜松ホトニジス社製Ｐ
２８２６型が採用されている。

スペーサ１５は黒色の７亨−ム材料により四角環板状に
形成されており、このスペーサ１５は、その中空部内に
ホトリフレクタ１３を嵌装させるようにして、クリップ
片１１ａの凹所開口端部に［１［されている、このスペ
ーサ１５は、ホトリフレクタ１３よりも厚い板厚を有し
、クリップ１１により耳たＪｒＭを挟持したとき、その
板厚方向に収縮してホト１７７レクタ１３の受発光面を
耳たぶＭの表面に一様に接触させる機能をもつ。

発光駆動回路２０は、リード１１４ｍによりプリント基
板１４を介しホトリフレクタ１３の発光ダイオード１３
ａに接続されて、この発光ダイオード１３ａを耳たＪ：
Ｍに向け発光させるべく駆動する。このように発光ダイ
オード１３ａが駆動されると、この発光ダイオード１３
ａからの光が、耳だＪｓＭ内に入射してこの耳たぶＭ内
の血流により反射された後ホトトランジスタ１３ｂに入
射する。このことは、ホトトランジスタ１３ｂが血流量
に比例する反射光量を脈波信号として生じることを意味
する。信号処理回路３０は、増幅器３１を有しており、
この増幅器３１は、リードｆｉ１４ｂによりプリント基
板１４を介、しホトトランジスタ１３ｂに接続されて、
このホ））ランノスタ１３ｂからの脈波信号を増幅し増
幅信号として発生する。フィルタ３２は、増幅器３１か
らの増幅信号からノイズ成分を除去し残余の成分をフィ
ルタ信号として発生する。Ａ−Ｄ変換器３３は、フィル
タ３２からのフィルタ信号をディジタル変換しディジタ
ル信号として発生する。なお、このＡ−り変換器３３の
サンプリング周期は、例えば、１（Ｉａｓｅｃ）である
。

マイクロコンピュータ４０は、第４図に示すフローチャ
ートに従いコンピュータプログラムを実行し、この実行
中においてブザー回路５０の制御に必要な演算処理をす
る。但し、上述のコンピュータプログラムはマイクロコ
ンピュータ４０のＲＯＭに予め記憶しである。ブザー回
路５０は、マイクロコンピュータ４０による制御のもと
に、ブザー駆動回路５１によりブザー５２を駆動するよ
うになっている。

以上のように構成した本実施例において、運転者が当該
車両の運転走行を開始するとともに本発明装置を作動状
態におけば、発光駆動回路２０の駆動の下に発光ダイオ
ード１３ａから生じる光が、耳た。ＲＭ内に入射し、同
頁たぶＭ内の血流により反射され、この反射光がホ））
ランノスタ１３ｂにより受光されて脈波信号として生じ
る。このとき、この脈波信号のレベルは、前記血流の量
の運転者の脈波に同期する変化に比例して変化する。

しかして、ホトトランノスタ１３ｂからの脈波信号が増
幅器３１により増幅信号として増幅され、この増幅信号
がフィルタ３２によりフィルタ信号としで発生され、か
つこのフィルタ信号がＡ−Ｄ変換器３３によりディジタ
ル変換されてディジタル信号としてマイクロコンビエー
タ４０に付与される。また、このマイクロコンピュータ
４０は、本発明装置の作動開始と同時に、第４図の７０
−チャートに従いステップ６０ａにてコンピュータプロ
グラムの実行を開始し、ステップ６１にて初期化処理し
、コンピュータプログラムをステップ６２に進める。

すると、マイクロコンピュータ４０が、同ステップ６２
にて、Ａ−Ｄ変換器３３からの連続する両ディノタル信
号の各位（以下、各サンプリングディジタル値という）
の差ΔＡ（第５図参照）に基き、脈波の立上り振幅条件
の成立の有無を判別する。現段階では、ステップ６２の
判別が初期であるため、所定の両サンプリングディジタ
ル値間の差ΔＡ０内に差ΔＡが属するという条件が連続
的に５回以上成立したときに前記立上り振幅条件の成立
として判別される。但し、前記所定の両サンプリングデ
ィジタル値間の差ΔＡ０は、一般的な脈波の振幅へ〇の
（１／２０）以上で（１１５）以下である範囲にあり、
一般的な脈波の立上り角範囲に相当する。なお、差ΔＡ
０はマイクロコンピュータ４０のＲＯＭに予め記憶され
ている。

現段階では、ステップ６２での判別がまだ１回目故、マ
イクロコンピュータ４０が、同ステップ６２にて「ＮＯ
」と判別し、ステップ６３にて、脈波の周期Ｔの未演算
に基さ「ＮＯ」と判別し、かつステップ６４にて、周期
Ｔの演算数Ｎ＝０に基さ「ＮＯ」と判別する。以後、各
ステップ６２，６３゜６４を通る演算の繰返し中におい
て、ステップ６２における判別が［ＹＥＳＪになると、
マイクロコンピュータ４０が、Ａ−Ｄ変換器３３からの
一連のサンプルディジタル値が運転者の脈波の立上りに
相当するものとの判断のもとに、ステップ６２ａにて、
サンプリングディジタル値の数に基き脈波の周期Ｔ＝Ｔ
、を演算するとともに、同各サンプリングディジタル値
の最大値と最小値との差から振幅Ａ＝Ａ、を演算する。

然る後、マイクロコンピュータ４０が、ステップ６３に
て、Ａ＝Ａ、のらとに、［ＹＥｓＪと判別し、ステップ
６３ａを通り、ステップ６４にて、演算数Ｎ＝１に基き
再び「ＮＯ」と判別する。但し、所定数Ｎ０は、脈波の
周波数解析に必要な周期Ｔの数に相当しマイクロコンピ
ュータ４０のＲＯＭに予め記憶されている。ついで、Ａ
−Ｄ変換器３３から順次生じる一連のサンプリングディ
ジタル値に基きステップ６２での判別が上述と同様に［
ＹＥＳＪになると、運転者の１脈波の立上りとの判断の
もとに、マイクロコンピュータ４０が、ステラ１６２ａ
にて、先回にステップ６２にて［ＹＥＳＪとの判別の前
提となったサンプリングディジタル値と、今回のステッ
プ６２にて［ＹＥｓＪとの判別の前提となったサンプリ
ングディジタル値との間のサンプリングディジタル値の
数から脈波の周期Ｔを演算し、かつこれら各サンプリン
グディジタル値のうちの最大値と最小値との差から脈波
の振幅Ａを演算する。

ついで、マイクロコンピュータ４０が、ステップ６３に
て、ステップ６２ａにおける最新の振幅Ａに基き［ＹＥ
ｓＪと判別し、ステップ６３ａにて、ステップ６２ａに
おける最新の振幅Ａの（１１５）の値及び（１／２０）
の値開の間隔を差ΔＡ１と演算し、ステップ６４にて、
Ｎ＝２＜Ｎ。のらとに「ＮＯ」と判別する。但し、差Δ
Ａ、は最新の振幅Ａをもつ脈波の立上り肉幅（即ち、脈
波の立上り角上限及び立上り角下限による肉幅）に相当
する。然る後、ステップ６３ａにおける差ΔＡ、との関
連にてＡ−Ｄ変換器３３からの一連のサンプリングディ
ジタル値に応じステップ６２における判別が上述と同様
に「ＹＥＳ」になると、マイクロフンピユータ４０がス
テップ６２ａ以後の演算の実行に入る。

以後、上述と同様の演算処理の繰返しを行い、ステップ
６４における判別がＮ＝Ｎ、のもとに「ＹＥＳＪになる
と、マイクロフンピユータ４０が、ステップ６５にて前
回の周波数解析から一定時間（例えば５秒）経過まで、
「ＮＯ」との判別を繰返し各ステップ６２〜６４の演算
を繰返す、しかして、ステップ６５での判別が「ＹＥｓ
Ｊになると、マイクロコンピュータ４０が、ステップ６
５ａにて、ステップ６２ａにおける最新のＮ０個の周期
Ｔに基き、次の式（１）に基き自己回帰モデルによる周
期Ｔの変動について周波数解析を行う。

Ｐ（Ｆ）−２ｓ：　（Ｎ）ｌ　１−ｆ　ａ（Ｋ）ｅｘｐ
（−ｊｙｒ　ＦＫ）ｌ・・・（１） 但し、Ｏ≦Ｆ≦０　、５　（ｂｅａｔ’　）とする。ま
た、Ｐ（Ｆ）はパワースペクトル密度関数を表し、ａ（
Ｋ）は次の式（２）における線形予測関数を表わす。

また、Ｓ：（Ｎ）は、式（２）における残差Ｚ　Ｄ）の
分散値を表わす。

Ｘ　Ｄ）＝　ｆ　ａ（ｋ）Ｘ（ｔ−ｋ）十Ｚ（ｔ）　　
　　＝−（２）１ｄ、シ、Ｘ　（ｔ）は周期Ｔの系列を
表わす。なお、両式（１）、　（２）はマイクロコンピ
ュータ４ｏのＲＯＭに予め記憶されている。

上述のようなステップ６５ａでの周波数解析に基き、自
己回帰モデルによる周波数スペクトルデータ（例えば、
第６図参照）が得られると、マイクロコンピュータ４０
が、ステップ６５ｂにて、周波数スペクトルデータに基
き、周波数ｒｏ（ｂｅａじ“）」付近の強度Ｇ。を決定
する。しかして、この強度Ｇ０が閾値Ｇ０゜以上ならば
、マイクロコンピュータ４０がステップ６６にて「ＮＯ
」と判別し、再びステップ６２以後の演算処理をする。

一方、Ｇｏ〈Ｇｏ。ならば、マイクロコンピュータ４０
がステノブ６６＋二で［ＹＥＳＪとＩＩＩ別し、ステッ
プ６６ａにて、前記周波数スペクトルデータに基き、周
波数「０１ｌ（ｂｅａじ゛）」付近の強度ピーク値Ｇ１
を決定する。

現段階において、強度ピーク値Ｇ１が閾値Ｇ、。

よりも小さければ、マイクロコンピュータ４０がステッ
プ６７にて［ＮＯ］と判別しコンピュータプログラムを
ステップ６２以後に戻す、一方、Ｇ≧Ｇ１゜ならば、マ
イクロフンピユータ４０が、ステップ６７にて［ＹＥｓ
Ｊと判別し、ステップ６７ａにて、前記周波数スペクト
ルデータに基き、周波数ｒ０．２−０，４（ｂｅａｔ−
’）Ｊにおける強度ピーク値Ｇ２を決定する。しかして
、強度ピーク値Ｇ２が閾値Ｇ２゜よりも小さければ、マ
イクロコンピュータ４０がステップ６８にて「ＮＯ」と
判別しコンピュータプログラムをステップ６２以後に戻
す。一方、Ｇ２≧６２゜ならば、マイクロコンピュータ
４０がステップ６８にて［ＹＥｓＪと判別する。

但し、上述の各閾値Ｇ０゜、Ｇ１゜ｔＧ２゜は次のよう
にして定められている。一般に、運転者が車両を運転し
でいる場合、運転者の覚醒度が低下していくにつれて、
同運転者の脈波の周波数スペクトル特性には、第６図に
示すような変化が認められる。従って、周波数１０（ｂ
ｅａじ′）」時の強度よりも閾値Ｇ。。を幾分大きく定
め、周波数［０，１（ｂｅａｔ−１）Ｊ時の強度以下の
値に閾値Ｃ＋ｔ＋を定め、かつ周波数「０．２−０．４
（ｂｅａｔ−’）４時の強度ピーク値以下に閾値Ｇ２゜
を定めれば、Ｇ　ｏ　＜　Ｇ　ｏ　＊　ｌＧ　＋≧Ｇｌ
ｏ及びＧ２≧Ｇ２゜の三つの条件が共に成立したとき運
転者の覚醒度の許容限界を超える低下を生体異常として
確実に判断できる。このため、上述のように６０゜。

Ｇ　１０及びＧ２゜を定めてマイクロフンピユータ４０
のＲＯＭに予め記憶した。

しかして、上述のようにステップ６８における判別が１
−ＹＥＳＪとなると、運転者の覚醒度の許容限界を超え
る低下との判断のもとに、マイクロコンピュータ４０が
、ステップ６８ａにて、警報出力信号を発生し、これに
応答してブザー回路５０がブザー駆動回路５１によりブ
ザー５２を鳴動させる。これにより、運転者は居眠り運
転直前である冒確実に認識できる。かかる場合、各ステ
ップ６２〜６４との関連でなされる周期Ｔの迅速な演算
のもとに、前記認識精度が、Ｇｏ。、　Ｇ、、、　Ｇ２
゜との関連で改善できる。

次に、本発明の第２実施例について説明すると、この実
施例においては、前記第１実施例にて述べた脈波センサ
１０に、第７図及び第８図に示すごとく遮光カバー７０
を装着するとともに、前記第１実施例にて述べた発光駆
動回路２０並びに信号処理回路３０の増幅器３１及びフ
ィルタ３２に代えて、第９図に示すような電子回路構成
を採用したことにその構成上の特徴がある。

遮光カバー７０は、黒色の軟質７オーム材料により第７
図及び第８図に示すごとく、略コ字形状に形成されでい
るもので、この遮光カバー７０は、その各遮光板部７１
．７２によりそれぞれ外方から各クリップ片１１ａ、１
１ｂを挟持するようにしてクリップ１０に組付けられて
いる。遮光板部７１は耳たぶＭを基準にし、運転者の頭
部とは反対側に位置し、一方、遮光板部７２は耳たぶＭ
と運転者の頭部との間に位置しでいる。また、クリップ
片１１ｂの上部に対応する遮光板ｎ７１の上部部分７１
ａは、第８図に示す形状を有するように、図示左右方向
に平板状に広がって、外乱光たる環境光中の直射光をホ
トリフレクタ１３及びその周辺に入射させないようにし
である。

かかる場合、遮光板部７１の上部部分７１ａの面積を、
約５　（ａｍ−１）とすれば、環境光の影響を約９０（
％）除去できる。一方、遮光板部７２は、原則として、
遮光板部７１の上方部分７１ａと同様の形状の上方部分
７２ａをもつが、この上方部分７２ａは、頭部側に位置
するため、上方部分７１ａの円形部分は省略しである。

なお、第７図及び１８図において符号７３は、コ字状に
形成したスト７パーを示しており、このス）７バー７３
は、両遮光板部７１．７２の各基部部分７１ｂ、７２ｂ
を外方から挟持するように組付けられて遮光カバー７０
をクリップ１１に固定する。

第９図において、発振回路８０は、約６　（Ｋ　Ｈ２）
の発振周波数にて出力端子８１がら発振パルスを発生し
、この発振パルスの立上りに同期して第１同期パルスを
出力端子８２から発生し、また、前記発振パルスの立下
りに同期してｖＪ２同期パルスを出力端子８３から発生
する。駆動回路９０は、発振回路８０からの発振パルス
に応答して発光ダイオード１３ａをパルス駆動する。か
かる場合、発振回路８０からの発振パルスの立上り時と
同発振パルスの立下り時とにおける発光ダイオード１３
ａの発光照度比は約５である。バンドパスフィルタ１０
０は、ホトトランジスタ１３ｂから脈波信号（環境光成
分も含む）を受けて、この脈波信号中の環境光成分を減
衰させ、駆動回路９０の駆動周波数（即ち、前記発振パ
ルスの周波数）を中心とする成分（即ち、脈波成分に相
当する発光ダイオード１３ａのパルス光成分）を残余の
環境光成分と共に増幅しフィルタ信号として発生する。

ホールド回路１１０は、発振回路８０からの第１同期パ
ルスに応答シて、バンドパスフィルタ１００からのフィ
ルタ信号をホールドする。一方、ホールド回路１２０は
、発振回路８０がらの第２同期パルスに応答して、バン
ドパスフィルタ１００からのフィルタ信号をホールドす
る。従って、ホールド回路１１０は、前記第１同期パル
スとの関連で、発光ダイオード１３ｍからのパルス光成
分及び環境光成分のホールド機能を有し、一方、ホール
ド回路１２０は、前記第２同期パルスとの関連で、発光
ダイオード１３ａがらの減光成分及び環境光成分のホー
ルド機能を有するものといえる。なお、両ホールド回路
１１０，１２０は、共に、スイッチング素子Ｓ　（東芝
製ＩＣでＴＣ４０５３８Ｅ型のもの）と、ホールド用コ
ンデンサＣとにより構成されている。差動増幅回路１３
０は、両ホールド回路１１０，１２０からの各ホールド
信号を交流差動増幅しこの増幅結果を差動増幅信号とし
で発生する。このことは、同差動増幅信号には、各ホー
ルド信号の環境光成分が互いに相殺されて発光ダイオー
ド１３ａがらの減光成分に基く脈波成分のみが含まれて
いることを意味する。

その他の構成は前記実施例と同様である。

ここで、第９図に示した電子回路構成の根拠について説
明する。一般に、環境光に対する血流反射光もホトトラ
ンジスタ１３ｂに入射する。前記実施例にいう所謂充電
式脈波検出方法は、環境光の変化に対しても敏感な方法
である。このため、本発明者等が、発光ダイオード１３
ａからの光と環境光との混合光の照度と、ホ））ランノ
スタ１３ｂからの脈波信号のレベルとの関係を調べたと
ころ、第１０図に示すような上に凸な曲線りが得られた
。しかして、この曲＃！Ｌによれば、脈波信号のレベル
が、混合光の照度に対し変曲点Ｐを有するとともに、こ
の変曲点Ｐ以下では前記照度の低下に伴いほぼ直線的に
変化する。

ところで、混合光は、発光ダイオード１３ａがらの光と
、環境光とに分類できるので、発光ダイオード１３ａか
ら生じる光量を可変とすれば、ホトトランジスタ１３ｂ
がらの脈波信号の成分から環境光成分を曲線りを利用し
て抽出できる。しかし、変曲点Ｐの前後では、脈波信号
のレベルが発光ダイオード１３ａからの可変光に対し異
なる。

よって、上述のように遮光カバー７０を採用し環境光を
遮断することにより、混合光の照度を変曲点Ｐより低く
常に維持するようにすれば、環境光の変化とはかかわり
なく、脈波信号を常に安定させ得る。

以上のようなことから、遮光カバー７０による環境光の
部分連断を前提条件として、曲線りを利用して混合光を
上述のように分解すべく、第９図の電子回路構成を採用
した。

このように構成した本実施例において、発振回路８０が
発振パルス並びに第１及び第２の同期パルスをそれぞれ
順次発生すれば、駆動回路９０が前記各発振パルスに順
次応答して発光ダイオード１３ａをパルス駆動する。す
ると、発光ダイオード１３ａが・、駆動回路９０の駆動
周波数でもって、パルス状に順次発光し、このパルス光
を順次耳たぶＭに入射させる。然る後、このように耳た
ぶＭ内に入射した各パルス光が耳だＪＩ：Ｍ内の血流に
より反射されてホトトランジスタ１３ｂに入射し脈波信
号として生じる。かかる場合、同脈波信号のレベルは、
前記血流の量の変化に比例する各パルス光の反射光量及
び環境光の光量の和、又は各パルス光の減光反射光量及
び環境光の光量の和に相当する。

ついで、バンドパスフィルタ１００が、ホ））ランクス
タ１２ｂから脈波信号を受け、この脈波信号中の環境光
成分を減衰させ、この減衰成分を残余の成分と共に増幅
しフィルタ信号として発生する。すると、ホールド回路
１１０が、発振回路８０からの各第１同期パルスに順次
応答して、バンドパスフィルタ１００からのフィルタ信
号のレベルをホールドしホールド信号として発生し、方
、ホールド回路１２０が、発振回路８０からの各第２同
期パルスに順次応答して、バンドパスフィルタ１００か
らのフィルタ信号のレベルをホールドしホールド信号と
して発生する。かがる場合、ホール）’回路１１０から
のホールド信号のレベルは、発振回路８０からの発振パ
ルスの立上り時に対応し、一方ホールド回路１２０から
のホールド信号のレベルは発振回路８０がらの発振パル
スの立下り時に対応する。

然る後、差動増幅回路１３０が両ホールド回路１１０．
１２０からの各ホールド信号を交流差動増幅しこれを差
動増幅信号として発生する。かかる場合、この差動増幅
信号には、脈波成分のみが含まれている。従って、この
ようにして差動増幅回路１３０から生ずる差動増幅信号
をＡ−Ｄ変換器３３をディジタル変換してマイクロコン
ビエータ４０に付与すれば、環境光の影響を受けること
なく、運転者が居眠り運転直前である旨の警告を生体異
常として精度よくなし得る。その他の作用効果は前記実
施例と同様である。

次に、本発明の第３実施例について説明すると、この実
施例においては、前記第１実施例で述べたコンビニ−タ
ブログラムを特定する第４図の７０−チャートが、第１
１図に示すごとく変更され、かつこの変更７０−チャー
トにより特定されるコンピュータプログラム（以下、変
更フンピユータプログラムという）が、前記第１実施例
にいうコンピュータプログラムに代えて、マイクロフン
ピユータ４０のＲＯＭに予め記憶されるようにしたこと
にその構成上の特徴がある。その他の構成は前記第１実
施例と同様である。

このように構成した本実施例において、前記第１実施例
と同様に変更コンピュータプログラムがステップ６２ａ
（第４図及び第１１図参照）に進んだ後、マイクロコン
ピュータ４０が、ステップ６２ｂにて、次の式（３）に
基き最新の演算数Ｎ、ステップ６２ａにおける最新の周
期Ｔ及びステップ６２ｂにおける先行の平均脈波数Ｐ。

。ａに応じ平行脈波数Ｐ０゜を演算する。

但し、この式（３）はマイクロコンピュータ４０のＲＯ
Ｍに予め記憶されている。

また、前記第１実施例と同様にステップ６３における「
ＮＯ」との判別或いはステップ６３ａでの演算処理が終
了すると、マイクロコンピュータ４０が、Ｘ？ッ７’６
３ｂにて、Ｎ　＜　３　ｊ：基％ｒＮＯＪと判別し、変
更コンピュータプログラムをステップ６２に戻す、しか
して、ステップ６２がらステップ６３ｂへの循環演算の
繰返し過程においてステップ６３ｂにおける判別が「Ｙ
ＥｓＪになると、マイクロフンピユータ４０が変更コン
ピュータプログラムをステップ６３ｃ以後に進める。現
段階において、ステップ６２ａで決定した最新の連続す
る三つの周期がＴ　＝　Ｔ、、　　、　Ｔ　＝　Ｔ、、
　　及びＴ＝Ｔｎであるとしたとき、Ｔ　Ｏ＋≧Ｔ−５
≧ＴＯ２及び１、、　Ｔ”−１“Ｉ　＜Ｔ。３９．□、
、、ｔ。１、フィクロフンピユータ４０が各ステップ６
３ｃ、６３ｄ、６３ｅにて順次「ＮＯ」と判別する。

但し、上述の各符号Ｔ　ｏｒ及びＴｏｚは不整Ｈ，判定
のための閾値を表わし、以下の根拠をもとに定められて
いる。即ち、正常人の運動時の脈波の周期のみだれと不
整脈のときの脈波のみだれとを相互に確実に区別するた
めに、ある脈波の周期とその前後の各脈波の周期とのず
れが許容限界を超えたときに初めて不整脈と判定するこ
ととした°。即ち、Ｔ　Ｏ＋≧Ｔｎ−ｔ≧ＴＯ２及びｌ
”ｒ、−、−−１÷ユニＣ≦Ｔ　６５が不成立のとき不
整脈であるものとするようにＴ。ＩｊＴＯ２が定められ
マイクロコンピュータ４０のＲＯＭに予め記憶されでい
る。

以上のことから、ステップ６３ｇでのｊＮＯＪとの判別
は正常な脈波であることを示すものといえる。一方、例
えば、第１２図及び第１３図中に示、すように周期Ｔ＾
−１がＴｌｌ−２及びＴｎよりもずれたときには、マイ
クロコンピュータ４０が、ステップ６３ｄ又は６３ｅに
で「ＹＥＳＪと判別し、ステップ６８ａにて前記第１実
施例と同様に警報出力信号を発生し、これに応答してブ
ザー回路５０がブザー５２を鳴動させる。これにより、
運転者は、正常時の脈波のみだれとはかかわりなし居眠
り運転直前でなければ、不整脈との認識をなし得る。

また、前記第１実施例と同様にステップ６４における「
ＹＥｓＪとの判別がなされると、マイクロコンピュータ
４０が、ステップ６４にて、最新のＮ０個の周期に基き
現在脈波数Ｐ０を演算し、ステップ６４ｂにて、ステッ
プ６２ｂに対する最新の平均脈波数ｐａｏと閾値Ｐ　ａ
ｔとの和を現在脈波数Ｐ。と比較判別する。但し、閾値
Ｐ０．は、正常人の平常状態における脈波数の上限値に
相当してマイクロコンピュータ４０のＲＯＭに予め記憶
されている。しかして、ステップ６４ｂでの判別が［Ｙ
ＥＳＪとなる場合には、マイクロコンピュータ４０が、
運転者の脈波は平常状態との判断のもとに、ステップ６
５ａにて前記第１実施例と同様に周波数分析し、ステッ
プ６５ｃにて、同周波数分析に基く周波数スペクトルデ
ータに応じ、周波数「０．５（ｂｅａｔ）’　Ｊ近傍の
強度ピーク値Ｇ３を決定する。現段階において、強度ピ
ーク値Ｇ、が閾値Ｇ、。以下ならばマイクロコンピュー
タ４０がステップ６８Ａにて「ＮＯＪと判別する。一方
、Ｇ、＞Ｇ、ｌ。ならば、マイクロコンピュータ４０が
ステップ６８Ａにて「ＹＥＳ」と判別する。

但し、強度ピーク値Ｇ、をｌ’０．５（ｂｅａｔ）−’
　Ｊ近傍の値としたこと及び閾値Ｇ、。は以下のようで
ある。

正常人の平常状態の脈波の周波数スペクトル分布を強度
との関係で調べたところ、第１４図に示すごとく白線Ｌ
ｍとして得られた。一方、不整脈の人の脈波の周波数ス
ペクトル分布を同様に調べたところ、第１４図に示すご
とく曲ＪｉＬ＆として得られた０同曲線Ｌａ、Ｌｂを比
較すれば明らかなとおり、周波数ｒＯ，５（ｂｅａｔ）
−“」近傍であれば、不整脈の有無が確実に区別できる
。そこで、強度ピーク値Ｇ、を０．５（ｂｅａｔ）−“
の近傍の強度とし、かつ閾値Ｇ３０を両面線Ｌａ、Ｌｂ
上の各強度の０．５（ｂｅａｔ）−−１近傍の中間値と
した。なお、１値Ｇ、。はマイクロコンピュータ４０の
ＲＯＭに予め記憶しである。

しかして、上述のようにステップ６８Ａでの「ＹＥＳＪ
との判別がなされた場合には、マイクロコンピュータ４
０がステップ６８ａにて警報出力信号の発生のちとにブ
ザー５２を鳴動させる。これ−二より、運転者は、居ｗ
、’）運転直前でなければ、不整脈と認識できる。かか
る場合、各ステップ６３ｂ〜６３ｅの演算処理後に各ス
テップ６４〜６８ａの演算処理を行うので、不整脈とし
ての生体異常判定精度がより一層向上する６ なお、本発明の実施にあたっては、直前の脈波の振幅に
限ることなく、それ以前の脈波の振幅をも含めて脈波の
立上り振幅条件を決定するようにしてもよい。かかる場
合、前記立上り振幅条件において所定値以上の立上りの
場合には、ノイズと判定し、その後一定時−立上り判別
を行なわないようにしてもよい。

また、本発明の実施にあたっては、ブザー回路５０に限
ることなく、表示手段、音声合成手段等により警告する
ようにしてもよい。

また、本発明の実施にあたっては、遮光カバー７０の各
遮光板部分の面積は、必要に応じて適宜変更してもよい
。

また、本発明の実施にあたっては、車両に限らず、船舶
或いは銑中機の操縦者、工場の単純作業者、患者等の覚
醒度や不整脈の判定に対し本発明を適用して実施しても
よい、また、ホトリフレクタ１３に代えて、ホトカブラ
を採用し耳たぶＭの血流の透過光量を検出するようにし
てもよい。

また、本発明の実施にあたっては、現在脈波数を演算す
るための周波数はＮｏに限ることなく必要に応じ変更し
て実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図は特許請求の範囲第１項及び第４
項の各記載に対する対応図、第２図及び第３図は本発明
の第１実施例を示す全体構成図、第４図は第３図におけ
るマイクロコンピュータの作用を示す７０−チャート、
第５図は第３図におけるＡ−Ｄ変換器のサンプリングデ
ィジタル値のタイムチャート、第６図は運転者の脈波の
強度の周波数特性図、第７図は第２図の脈波センサに遮
光カバーを組付けた状態を示す断面図、１８図は同側面
図、第９図は第３図の回路構成を部分的に変更した要部
回路図、第１０図は脈波信号のレベルと混合光の照度と
の関係を示すグラフ、第１１図は＃Ｓ４図の７０−チャ
ートを変更した例を示す７０−チャート、第１２図及び
ｆｊＳ１３図は脈波と周期との関係を示すタイムチャー
）、並びに第１４図は不整脈の有無との関連における脈
波の強度の周波数特性図である。 符号の説明 １０・・・脈波センサ、１３・・・ホトリフレクタ、２
０・・・発光駆動回路、３０・・・信号処理回路、４０
・・・マイクロコンピュータ、５０・・・ブザー回路、
７０・・・遮光カバー、８０・・・発振回路、１１０，
１２０・・・ホールド回路、１３０・・・差動増幅回路
、Ｍ・・・耳たぶ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体の脈波を順次検出する脈波検出手段と、前記
   各検出脈波の周期を順次演算する周期演算手段と、前記
   各演算周期を周波数解析して前記脈波の周波数と強度と
   の関係を表わすスペクトル分布データを求める周波数解
   析手段と、前記スペクトル分布データに基き前記脈波の
   周波数０．１（ｂｅａｔ＾−＾１）近傍の前記強度のピ
   ーク及び前記脈波の周波数０．２〜０．４（ｂｅａｔ＾
   −＾１）内の前記強度のピークを決定するピーク決定手
   段と、前記両決定ピークに応じ、生体の覚醒度の低下に
   相当する異常の有無を判定する判定手段とからなる生体
   異常判定装置。
2. （２）前記周期演算手段が、前記検出脈波の立上りに基
   き後続する前記検出脈波の立上り条件を決定し、この決
   定結果に応じ前記検出脈波に後続する前記脈波検出手段
   からの検出脈波の立上りを決定し、かつ前記両立上りに
   基き前記周期を決定するようにしたことを特徴とする第
   １項に記載の生体異常判定装置。
3. （３）被駆動時に生体の身体の一部に向け発光しこの発
   光を非駆動時に停止する発光素子と、前記身体の一部を
   介し受光してこの受光量に応じ受光信号を生じる受光素
   子と、この受光素子への環境光の入射を部分的に遮断す
   る遮光手段と、前記発光素子を間欠的に駆動する駆動手
   段と、前記発光素子の被駆動時に前記受光素子から生じ
   る受光信号と前記発光素子の非駆動時に前記受光素子か
   ら生じる受光信号との差を演算する差演算手段とを前記
   脈波検出手段に設けて、この脈波検出手段により、前記
   差演算手段の演算差を前記脈波として検出するようにし
   たことを特徴とする第１項又は第２項に記載の生体異常
   判定装置。
4. （４）生体の脈波を順次検出する脈波検出手段と、前記
   各検出脈波の周期を順次演算する周期演算手段と、前記
   各検出脈波に基き平均脈波数を演算する平均脈波数演算
   手段と、前記各検出脈波に基き現在脈波数を演算する現
   在脈波数演算手段と、前記平均脈波数及び現在脈波数に
   応じ生体が平常状態か否かを判定する第１判定手段と、
   この第１判定手段による平常状態との判定に基き前記各
   演算周期を周波数解析して前記脈波の周波数と強度との
   関係を表わすスペクトル分布データを求める周波数解析
   手段と、前記スペクトル分布データに基き前記脈波の周
   波数０．５（ｂｅａｔ）＾−＾１近傍の前記強度のピー
   クを決定するピーク決定手段と、前記決定ピークに応じ
   生体の不整脈に相当する異常の有無を判定する第２判定
   手段とからなる生体異常判定装置。