JPH045950A - 心拍計 - 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、加速度検出器を用いた心拍計に関する。

［従来の技術］ 人の健康状態を知るために非常に重要なバロメータの１
つとして心臓の心拍数があり、臨床的検査の１つとして
頻繁に行われている。そして、心拍数の検出方法として
は、心電図、心音、脈波等を検出する方法等各種の方法
が知られている。

心電図の検出は生体に電極を貼り付けこの電位を検出す
ることにより行われ、心音の検出はマイクロホンによっ
て心臓から発せられる音波を検出することにより行われ
、また脈波の検出は圧力検出器による圧脈波の検出、光
電検出器、インピーダンス検出器による容積脈波の検出
、加速度検出器による加速度脈波の検出などにより行わ
れている。そして、各検出方法には、それぞれ特徴があ
り、計測目的、計測環境等に合わせて適宜採用されてい
る。

一方、車両を運転する場合などに、ドライバの健康状態
が好ましくないと、事故を引き起す可能性が高い。例え
ば、長時間休みなく運転を続けた場合には、疲労が蓄積
して健康状態が悪化するため、集中力の低下等が生ずる
こととなる。そこで、運転中のドライバの健康状態を知
ることができれば、安全な運転の助けになると考えられ
る。このような特殊な条件下における健康状態の判定は
、比較的簡単に行えるものでなければならず、１つの方
法として心拍数の測定が考えられる。

ここで、心拍数を測定する装置としては、光電式の検出
器を人の指の腹の部分に当接固定する携帯用のものがあ
る。そこで、この種の携帯用の心拍計を用いれば、車両
内において心拍数の測定が行える。

また、車に搭載する心拍計として、ステアリングに検出
用電極を装着したものや、光電検出器を利用して心拍を
測定するものが提案されている。

すなわち、特開昭５９−２５７３０号公報、特開昭５９
−２１４４２９号公報には、ステアリングホイールに電
極を設置するものが示されており、特開昭６３−７１２
３６号公報には、ステアリングホイールに光電検出器を
設置したものか示されている。

［発明が解決しようとする課題］ このように、従来の心拍計においても、車室内において
、運転者の心拍数を計測することが可能である。しかし
、上述の携帯用の心拍計においては、光電検出器をドラ
イバの指に装着してしまうため、測定中は指を動かすこ
とができず、運転を行うことができない。そこで、心拍
数の測定は、車両を停止した状態で行わなければならな
い。

ところが、長時間運転に起因する健康状態の測定等は、
車両を停止させにくい高速道路等においてその必要性が
高く、車両を停止した状態でなければ測定が行えない心
拍計では、その利用範囲が著しく制限されてしまうとい
う問題点があった。

一方、ステアリングに検出用のセンサを装備したもので
は、運転中におけるドライバの心拍数を測定することが
できる。しかし、これらの心拍計においても、心拍数の
測定時にドライバが両手でステアリングのセンサ部分を
把持しなければならないなど、何らかの形でドライバを
拘束する。そして、このようにドライバを拘束すると、
心拍数計測時に拘束感、違和感から心拍数か変化してし
まい、正しい心拍数の測定が行えないという問題点があ
った。

また、加速度検出器により心拍数を測定する場合には、
検出器を必ずしもドライバの皮膚に直接接触させなくて
もよい。従って、ドライバに対する拘束を少なくするこ
とができる。しかしながら、加速度検出器は振動を検出
するので、車両等に搭載した場合には、心拍以外の振動
に伴う加速度が雑音となり、正確な心拍数の測定を行う
ことができないという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決することを課題と
してなされたものであり、心拍以外の振動がある状況に
おいて、被測定者を拘束することなく、正確に心拍数の
計測を行うことができる心拍計を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、被測定者の体表近くに配置され、体表の振動
を含む加速度を検知する第１の加速度検出器と、この第
１の加速度検出器の体表とは反対側であって第１の加速
度検出器に対向する位置に取り付けられ、加速度を検知
する第２の加速度検出器と、第１及び第２の加速度検出
器の間に介在され、体表の振動に伴なう第１の加速度検
出器の振動を吸収し、該振動が第２の加速度検出器に伝
達されるのを抑制する媒体と、第１及び第２の加速度検
出器の出力値差分に基づいて心拍についての信号を出力
する信号処理部とを備えてなることを特徴とする。

ここで、第１、第２の加速度検出器は、差分を取ること
により不要な振動に基づく雑音を除去するために、同一
の性能を有するものが好ましい。

この加速度検出器としては、例えばセンサのインピーダ
ンスが加速度に比例することを利用したストレインゲー
ジ型加速度センサを用いることができる。

また、媒体としては、ポリスチレン等からなる袋に空気
を充填した空気袋構造のものが好適である。これは、媒
体は空気袋構造とすることによって、全体としては一体
的に運動しつつ、心拍についての振動を第２の加速度検
出器に伝達されるのを効果的に抑制できるからである。

すなわち、体内から発せられる心拍等の振動を伝達しな
いためには、第１、第２の加速度検出器を隔離すること
が望ましいが、体内から発せられる振動以外の振動につ
いては第１、第２の加速度検出器においては、同一の加
速度として検出しなければならない。

そして、空気袋より、２つの加速度検出器を一体化しつ
つ、圧縮性流体である空気の作用により心拍など体内か
らの振動を効果的に消滅させることができる。

更に、媒体を構成する空気袋は複数の空気室に分割する
ことが好ましい。第１及び第２の加速度検出器は、それ
ぞれある程度の大きさを有している。そこで、空気袋を
複数個に分割することにより、加速度検出器の大きさに
かかわらず、体内からの振動の伝達を抑制しながら、第
１、第２の加速度検出器を一体的に振動することができ
る。

［作用］ 本発明の心拍計により、心拍数の測定を行う場合は、ま
ず第１の加速度検出器を被測定者の体表側に密着させる
。これにより、第１の加速度検出器により、心拍に伴う
体表での振動、運動による体動、呼吸などの加速度及び
車から伝達される加速度が検出される。一方、第２の加
速度検出器は、媒体を介して第１の加速度検出器に取り
付けられているため、心拍に伴う振動など振幅の小さな
振動は、媒体によって阻止され、体動、呼吸、車からの
振動等大きな振動のみを検知する。

そして、これら第１、第２の加速度検出器の出力は、信
号処理回路に入力され、ここで両者の出力の差分に基づ
いて心拍が検出される。従って、第１の加速度検出器に
よって検知された体動、呼吸、車からの振動などが除去
され、心拍に伴う加速度成分のみを取り出すことができ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る心拍計によれば、２
つの加速度検出器を媒体を介し接続することによって、
第１の加速度検出器において心拍数と外乱を含めた加速
度を検出し、第２の加速度検出器において外乱成分を検
出することができる。

従って、両者の差分により、心拍数を求めることができ
る。特に、第１、第２の加速度検出器は、媒体を介して
対向するように接続しているため、両論速度検出器は隣
接して設けられることとなり、検出する心拍以外の振動
を同様のものとしやすく、正確な心拍の測定を行える。

また、構成を簡素化したため、小型とすることか容易で
あり、被測定者の胸のポケットに挿入したり、シートベ
ルトに取り付けたり、ドライバ用のシートの背中の部分
に埋め込むなどして、車両用の心拍計として好適に利用
することができる。

［実施例］ 以下、本発明に係る心拍計の実施例について、図面に基
づいて説明する。第１図は実施例の構成図であり、第１
−の加速度検出器１０、第２の加速度検出器２０、媒体
３０の３つの部分からなっている。

第１の加速度検出器１０は、ケーシング１２内に収容さ
れており、検出結果はケーブル１４により出力される。

そして、第１の加速度検出器１０は、肉厚の周縁部１０
ａと、肉薄で歪み変形可能とされた歪み部１０ｂと、歪
み部１０ｂの中心部に取り付けられたウェイト部１０ｃ
と、周縁部１０ａを上下から押さえ付け、ケーシング１
２に固定するためのストッパ１０ｄと、歪み部１０ｂの
周辺部に形成された複数の半導体歪みゲージ１０ｅとか
ら構成されている。なお、周縁部１０ａ１歪み部１０ｂ
１ウェイト部１００１半導体歪みゲージは単一の半導体
基板から形成するとよい。

そして、加速度に応じて、歪み部１０ｂが歪み、これに
応じて半導体歪みゲージ１０ｄの抵抗値が変化するため
、これが加速度についての信号としてケーブル１４より
出力される。このような半導体歪みセンサを利用したス
トレインゲージ型加速度センサは、通常歪み部が円形に
形成されその周囲全体が固定されるため、ねじれ等不要
な振動を生じる可能性が低く、エンジン振動、体動等の
休息外からの振動などに対し、第１、第２の加速度検出
器１０．２０において同一の検出値を得ることができ、
心拍の検出を正確に行うことができる。

また、第２の加速度検出器２０は、第１の加速度検出器
１０と同様の構成を有しており、ケーシング２２内に収
容固定されると共にケーブル２４が接続されている。

そして、ケーシング１２及び２２は、媒体３０を介して
接続されている。この媒体３０は、複数の空気室３０ａ
を有しており、この中にほぼ大気圧程度若干の空気が密
封されている。この例においては、空気室３０ａは３０
ｍｍ四方の媒体３０中に９個設けられている。また、こ
の媒体３０は、ポリスチレンで形成され、このポリスチ
レンの弾性率は３．５Ｘ１０　　ｋｇ／ｃｒｎ２程度で
ある。

そして、媒体３０の高さは３ｍｍ程度、空気室を仕切る
媒体の厚さは０．０７ｍｍ程度とされている。このよう
に、媒体３０内部を複数の空気室３０ａに仕切った結果
、空気室の容量は、媒体３０全体を１つの空気室として
形成した場合の６０〜７０％程度（０，３ｃ　ｃ）とな
っている。

媒体３０をこのような構成とすることによって、心拍に
起因する振動を効果的に吸収することかでき、かつ１つ
の空気袋で形成したものより第２の加速度検出器の保持
、安定性を向上することができる。また、加速度検出器
１０．２０の大きさ重さ等に応じて、媒体３０の剛性を
適正値に設定することが容易となる。

なお、媒体３０とケーシング１２，２２との固定は、エ
ポキシ樹脂やエラストマ系ネオプレンなどの接着剤によ
る。また、媒体３０を形成する材質としては、上述のポ
リスチレンに限らず、ポリエチレン等所定の弾性率、密
封性能を有する材料ならば好適に利用することができる
。

第２図は、同実施例の回路構成を示すブロック図であり
、第１及び第２の加速度検出器１０゜２０からの出力信
号は、差動増幅器４０に入力される。差動増幅器４０は
、２つの入力信号の差分を増幅し、これをフィルタ４２
へ供給スる。フィルタ４２は、第１の加速度検出器１０
が検知する音声成分等の高周波成分をカットするローパ
スフィルタである。□高周波成分は、媒体３０によって
吸収され第２の加速度検出器に伝達されないため、差動
増幅器４０によって除去することができない。

しかし、このフィルタ４２によって高周波成分を除去す
ることにより、音声成分に起因する雑音を除去すること
ができる。

フィルタ４２からの出力は表示回路４４に入力され、こ
こにおいてドライバの心拍数が表示される。なお、表示
回路４４は、例えばＬＣＤ５ＣＲＴなどが用いられる。

また、心拍数の検出結果の表示は、心電図のような脈動
をそのまま表示してもよいが、１分間の心拍数を数値と
して表示してもよい。この場合、その時々における心拍
数の表示の他、数１０分、数時間等の所定の時間毎の心
拍数の平均値を表示したり、経時変化をグラフ表示して
もよい。

次に、本実施例による心拍計の取付は構成について説明
する。

シートベルトへ装着する場合 この場合、心拍計をクリップ５０と一体的に形成する。

すなわち、第３図示すように一側面５０ａに、第１の加
速度検出器１０を取り付け、クリップ５０の外側面５０
ｂの外面に媒体３０を介して第２の加速度検出器２０を
固定する。

そして、第４図に示すように、クリップ５０に取り付け
られた第１の加速度検出器１０がシートベルト５２の内
側に位置するようにして、クリップ５０をシートベルト
５２に装着する。このため、第１の加速度検出器１０は
ドライバの胸に圧着され、この状態により、加速度の検
出を行うことができる。そして、第２の加速度検出器２
０は媒体３０を介し接続されているため、心拍に基づく
振動は第２の加速度検出器２０に伝わらないが、ドライ
バの体動、車からの振動成分は第２の加速度検出器２０
によっても検出される。

そこで、上述のように、第２の加速度検出器２０からの
出力と第１の加速度検出器１０からの出力を差し引くこ
とによって心拍に基づく加速度のみを抽出することがで
き、心拍数検知を行うことができる。

このように、シートベルト５２に心拍計を取り付けると
、シートベルト５２の張力（通常のシトベルト５２は左
胸の部分を通り、張力によりドライバに押し付けられて
いる）により、第１の加速度検出器］０がドライバの左
胸に押し付けられるため、装着のための他に特別な機構
を設けなくてもよく、全体構成を非常に簡単にすること
ができる。

本例の心拍計をシートベルトに装着した場合に、心拍計
から得られた出力波形を第５図に示す。このように、シ
ートベルト５２に取り付けた本実施例の心拍計により、
ドライバの心拍数に対応するピークを正確に検出するこ
とができる。なお、心拍数を数値として検出する場合に
は、所定値以上のピークの数をカウントするなどの信号
処理を行えばよい。

ドライバの左胸のポケットに装着する場合この例の心拍
計は第６図及び第７図に示すように検出部６０と表示部
６２とに分離されている。

そして、検出部６０は単体構造であると共に、検出信号
を送信するテレメータ送信回路６４を内蔵している。こ
のため、ドライバがケーブルのついていない検出部６０
を第１の加速度検出器１０を体表側としてドライバの左
胸のポケットに収めることにより、検出部６０のテレメ
ータ送信回路６４より検出信号が送信される。

一方、表示部６２はテレメータ受信回路６６を有してお
り、テレメータ送信回路６４から送信されてきた検出信
号についての信号を受信し、表示回路４４によって表示
可能なデータに処理する。

そこで、検出部６０において検出した結果を表示部６２
の表示回路４４に表示することができる。

このように、左胸ポケットに検出部６０を収容した本実
施例の検出結果を第８図に示す。図より、この例におい
ても十分な心拍数の測定が行えることが理解される。

ドライバの背部シート内に装着する場合この場合は、第
９図に示すように、シート７０の内部に第１の加速度検
出器１０がドライバ側に位置するようにして心拍計を埋
めこむ。運転時においてドライバが着座した場合には、
ドライバの背中はシートに押し付けられた状態となって
いる。

このため、心拍計を単にシート内に固定しておくだけで
、第１の加速度検出器１０はドライバの背中に押し付け
られることになり、好適な心拍数の検出を行うことがで
きる。

本実施例による心拍計による測定結果を第１０図に示す
。このように、本実施例によっても確実な心拍数の検出
を行うことができる。

その他の構成について 上述の実施例においては、加速度検出器１０２０に歪み
部１０ｂに複数の半導体歪みゲージ１０ｅを配置した加
速度計を採用したが、第１１図に示すように、第１、第
２の加速度検出器１０゜２０として、棒状あるいは板状
の揺動部８０の先端にウェイト部８２を取り付けるとと
もに、揺動部８０に歪みセンサ８４を取り付けた加速度
検出器を利用してもよい。更に、このような加速度計の
他、加速度検出器は圧電型加速度計、サーボ型加速度計
、振動子型加速度計等どのようなものであってもよい。

また、媒体３０は上記例の他、単一の空気袋、発泡スチ
ロール、ウレタンゴム等の各種信号吸収材等をか利用で
きる。

更に、上述の例においては、自動車のドライバの心拍数
を検出するもののみについて記載したが、不要な振動が
発生する条件下において心拍数を測定する場合に好適に
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る心拍計の実施例の構成図、第２図
は同実施例の回路構成ブロック図、第３図はクリップに
取り付けた構成側概略斜視図、 第４図はシードベルトへの装着状態を示す説明図、 第５図はシートベルトに装着した場合の検出結果の波形
図、 第６図は胸ポケットに収容する例の構成を示す説明図、 第７図は胸ポケットに収容する例の回路構成ブロック図
、 第８図は胸ポケットに収容した場合の検出結果の波形図
、 第９図（Ａ）、　　（Ｂ）はシートに埋め込んだ例の説
明図、 第１０図はシートに埋め込んだ場合の検出結果の波形図
、 第１１図は加速度検出器の他の構成例を示す構成図であ
る。 １０　・・・　第１の加速度検出器 ２０　・・・　第２の加速度検出器 ３０　・・・　媒体 ４０　・・・　差動増幅器 出願人　株式会社　豊田中央研究所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　被測定者の体表近くに配置され、体表の振動を含む加
   速度を検知する第１の加速度検出器と、この第１の加速
   度検出器の体表とは反対側であって第１の加速度検出器
   に対向する位置に取り付けられ、加速度を検知する第２
   の加速度検出器と、第１及び第２の加速度検出器の間に
   介在され、体表の振動に伴なう第１の加速度検出器の振
   動を吸収し、該振動が第２の加速度検出器に伝達される
   のを抑制する媒体と、 第１及び第２の加速度検出器の出力値差分に基づいて心
   拍についての信号を出力する信号処理部と、 を備えてなることを特徴とする心拍計。