WO2001080733A1

WO2001080733A1 - Pulsometre et systeme de mesure comportant un tel pulsometre

Info

Publication number: WO2001080733A1
Application number: PCT/JP2001/003542
Authority: WO
Inventors: Masanao Kawatahara
Original assignee: Arkray, Inc.
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2001-11-01
Also published as: JP4660659B2; EP1281353A4; JP2001299709A; US20030142588A1; EP1281353A1; US7179230B2; EP1281353B1

Description

糸田 » 脈拍計及びこれを用いた計測システム技術分野

本発明は、脈拍計及びこれを用いた計測システムに関する。背景技術

従来より、フィットネスクラブ等においては、水泳が体力増強プログラムの一部として取り；られている。また、水泳は医学的治療の一環としても利用される。水中では浮力により体重の一部が支えられるため、患者の膝関節等に大きな負担をかけなくて済む。したがって、水泳は関節痛に悩む糖尿病患者等に対する運動療法として非常に適している。

このような運動療法において、患者が行っている運動が、治療として適切な負荷になつている力かを、患者の表情や体の動きなどから判断することは一般に困難である。そこで、たとえば患者の脈拍数を測定することにより、運動負荷の禾 ISをめることが行われている。

従来より、様々な脈拍計測装置が考案されている。しかしながら、これらの装置は防水性が十分でなくブー/レサィドでの使用に適さないものであるか、あるいは、防水性は十分であっても、水中での使用が禁じられているものであった。たとえば腕時計機能を纖した脈拍計は、プールでの使用が禁じられている齢が多レ、。発明の開示

本発明は、上述した事情のもとで考え出されたものである。したがって、本発明の目的は、十分な防水性を有し、かつ、プールでの使用が許されるような新規な脈拍計を提供することである。また、本発明の別の目的は、このような新規な脈拍計を利用した計測システムをすることである。

本発明の第 1の側面によりされる脈拍計は、防水性を有するハウジングと、 tin己ハウジングに取り付けられた第 1パネルと、脈拍データを検知すベ嫌 S第 1パネルに対向するように前記ノヽウジング内に設けられた脈拍センサと、 ΙΞ脈拍データに基いて単位時間あたりの脈拍数を表示する表示部と、外部装置との間でデータ通信を行うための通信部と、前記脈拍データを ΙίίΙΞ通信部を介して ΙΐίΙΒ外部装置に言するための制御部と、を具備している。

本発明の好適な実施例によれば、前記脈拍センサは、被検出体を照射するための発光素子、及び、被検出体からの自光を検出するための受光素子を含んでいる。好ましくは、嫌己データ通信は無線により行われる。

好ましくは、前記脈拍センサは、前記脈拍データの検知に加えて、前記脈拍データに関連した Uデータの検知も行う。

本発明の別の好適な実施例によれば、脈拍計は、脈拍データに関連した翻 I〗データを入力すべく、脈拍センサとは別体の fi¾iJデータ入力ュニットを具備している。

好ましくは、前記脈拍計は、前記ハウジングに支持された第 2パネルをさらに具備しており、編己調 I〗データ入力ユニットは、 MIB第 2パネルに対向するように ttilSハウジングの内部に設けられている。

好ましくは、前記ハゥジングは頂点を有するドーム状であり、前記第 1ノネルは編己頂点の近傍に配置されており、前記第 2パネルは、嫌己第 1パネルよりも編己頂点から离 fixた位置に配置されている。

好ましくは、嫌己脈拍センサは、 Ιίίϊ己通信部としての機能も果たすように構成されている。

好ましくは、 tiff己脈拍計は、 tiff己ハウジング内に設けられた充 11¾の源をさらに具備している。この鼋源は、外部充電装置によって非翻虫状態で充電される。

本発明の第 2の側面により提供される計測システムは、脈拍データ及びこの脈拍データに関連した ϋ¾ϋデータを得るための計測装置と、 l己計測装置から前記脈拍データ及び嫌己 ii¾【jデータを受信する中央管 »置と、を具備している。前記中央管 a¾置は、前記脈拍データ及び前記!^ Uデータに基づレヽてデータ処理を行うデータ処理部を備えている。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1実施例に基づく脈拍計を利用した計測システムの概念を説明する図である。

図 2は、図 1に示すシステムに用いられるホストコンピュータの主要構成品を示すプロック図である。

図 3は、図 1のシステムに用いられる脈拍計を示す概略図である。

図 4は、図 3の脈拍計の主要構成品を示すブロック図である。

図 5は、図 3の脈拍計に用いられる脈拍センサの機能を説明する概略図である。図 6は、図 3の脈拍計の作動態様を示すフローチャートである。

図 7は、図 3の脈拍計により検知されたデータを表示するフォーマットの一例を示す図である。

図 8は、本発明の第 2実施例に基づく脈拍計の主要構成品を示すプロッ図である。図 9は、本発明の第 3実施例に基づく脈拍計の主要構成品を示すプロック図である。図 1 0は、第 3実施例に基づく脈拍計の改変例を説明する概略図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明につき、爾寸図面を参照して具体的に説明する。

図 1は、本発明の第 1実施例に基づく脈拍計、及び、この脈拍計を利用した計測システムの説明図である。図示された計測システムは、ホストコンピュータ（以下、単に「ホスト」という） 1と、このホスト 1とデータの通信を行うことが可能な複数の脈拍計 2 とを含んでいる。図示された例では、ホスト 1と各脈拍計 2とを無線で接続するための通信装置 3が設けられている。ホスト 1には、データ処理の結果を印字するためのプリンタ 4が接続されている。

図 1の計測システムは、例えばスィミングスクールにおける練習生の脈拍測定に利用することができる。この^、ホスト 1、通信装置 3及びプリンタ 4は、例えばプールのそばのトレーナ一室に設置しておき、当該スィミングスクールのトレーナ一によつて操作される。一方、脈拍計 2は、当該スィミンダスクーノレの練習生力容易にアクセスできるように、例えばプールサイドに配置される。

図 1に示されたホスト 1は、携帯に便利なノート型のパーソナルコンピュータである力本発明はこれに限定されるものではなレ、。例えば、ホスト 1は、無？ iii信ユニットを内蔵したディスクトップ型のものでもよい。図 2に示すように、ホスト 1は、 C P U (中;^ S¾置） 1 1や、 R OM (読出し専用メモリ） 1 2、 RAM (ランダムアクセスメモリ） 1 3、 I F (インターフェース） 1 4、メモリ駆動装置 1 5、ディスプレイ 1 6及ぴキーボード 1 7を備えている。メモリ駆動装置 1 5は、内蔵のハードディスクメモリ及部記憶媒体（フレキシブルディスクゃ C D— ROM等）を駆動制御する。 C P U 1 1、 ROM 1 2、 RAM I 3及び I F (インターフェース） 1 4は、バス線 Bを介して互いに接続されている。また、メモリ駆動装置 1 5、ディスプレイ 1 6及ぴキーボード 1 7は、 I F 1 4に接続されている。ホスト 1の上記各コンポーネント 1 1〜 1 7は従来より周知のものであるため、それらの機能や «]原理等にっレ、ての説明は省略する。

通信装置 3及びプリンタ 4は、ホスト 1の I F 1 4に接続される。通信装置 3は、各脈拍計 2から送られる無,観言号を受信する。より具体的には、通信装置 3には受信アンテナ 1 8力 S備えられており、このアンテナが、各脈拍計 2から送られてきた脈拍等に関するデータを受信する。受信されたデータは、ホスト 1の C P U 1 1に伝えられる。プリンタ 4は、 C P U 1 1力、ら送られる印字データや印刷指示データ等にもとづき、記録用紙に各練習生の単位時間（例えば 1分）あたりの脈拍数を印刷する。本発明によれば、脈拍数に加えて、各練習生の筋肉中における乳酸値を議用紙に印刷してもよい。筋肉中の乳酸値と脈拍数との間には相関関係があることが一般に知られている。従って、予め各練習生の脈拍数と筋肉中の乳酸値との対応関係を調べておけば、その練習生の脈拍数を計測することにより、筋肉中の乳酷直を推測することができる。このようにして得られた各練習生の脈拍び乳酸値は、表の形式にして言用紙に印刷してもよいし、あるレ、は、グラフの形式にして印 Jしてもよレ、。

図 3に示すように、本発明の脈拍計 2は、例えば樹脂材料からなるドーム状の中空ノヽウジング 2 0を備えている。ハウジング 2 0には、その頂点近傍に配置された第 1パネル 2 1や、この第 1パネル 2 1から下方に離間した第 2パネル 2 2、脈拍値表示のための表示部 2 3、霞源スィツチ 2 4が設けられている。第 1パネル 2 1及び第 2パネル 2 2は、例えば透明なガラス製である。表示部 2 3は、たとえば液晶表示器であるが、 7 セグメント L E Dやブラズマ表示器等を用レ、てもよい。

第 1パネル 2 1、第 2パネル 2 2及び表示部 2 3は、ハゥジング 2 0に形成された開口部に密閉状態ではめ込まれている。また、ハウジング 2 0は、（図 3において）下方に開口しているが、この開口は、円形のベース 2 0 aにより密閉されている。このような構成により、水分が脈拍計 2の内部に入り込むことを防止することができる。

脈拍計 2を使用する際には、練習生（使用者）は、図 3の仮想線で示されるように、例えば右手の手首に、 I Dタグ 3 3 (図 4参照）が装着されたリストバンド 3 2を巻いておく。 I Dタグ 3 3には、練習生固有の翻リ情報が登録されている。練習生が右手の人差し指を第 1パネル 2 1に押し当てると、リストバンド 3 2 (及び I Dタグ 3 3)は、第 2パネル 2 2に対向する位置に来る。図には示されていないが、第 1パネル及び Z又はその周辺には、指先を正確にパネル 1に当接させるための位置決めガイドを設けておいてもよレヽ。

脈拍計 2は、脈拍センサ 2 6 (図 4) を備えている。脈拍センサ 2 6は、図 5に示すように、第 1パネル 2 1の内側面に対向するように配置されている。脈拍計 2 6は、発光素子 2 7と受光素子 2 8を含んでいる。発光素子 2 7は、例えば発光ダイオードであり、受光素子 2 8は、例えばフォトトランジスタである。

脈拍センサ 2 6の作動原理は以下のとおりである。第 1パネル 2 1に練習生の指が押し当てられた状態で、発光素子 2 7の発する光が指先の毛細血管を照射する。照射光のうちの一部は、毛細血管を流れる血液によって反射され、この反射光が受光素子 2 8によって検知される。毛細血管を流れる血液の濃度は、血液の脈動に伴って変化するので、反射される光の割合も血液の脈動によって変化する。したがって、受光素子 2 8によつて検知される反射光を分析すれば、単位時間あたりの練習生の脈拍数を知ることができる。

練習生の I D情報を I Dタグ 3 3から読み取るために、 I Dリーダ 3 1 (図 4) 力第 2パネル 2 2の内側面に対向するように設けられている。 I Dタグ 3 3は、メモリ及ぴ C P Uを備えた I Cチップ（図示せず）と、コイルアンテナ（図示せず）とを含んでいる。 I Cチップは、 I Dリーダ 3 1から送られる電磁波エネルギによって駆動する。 I Dタグ 3 3のメモリに予め記憶された練習生 USリデータは、上記コイルアンテナを介して I Dリーダ 3 1に送信される。 I Dタグ 3 3のメモリは、たとえば 6 4ビットのデータを記憶することができるものである。これとは異なり、従来より周知の光学的あるレ、は磁気的なデータ読取技術により、 I Dリーダ 3 1に、 I Dタグ 3 3に記憶された練習生!!^情報を読み取らせるようにしてもよい。上述した表示部 2 3や、脈拍センサ 2 6及び I Dリーダ 3 1のほかに、脈拍計 2は、図 4に示すように、 C P U 3 5、メモリ 3 6、アナログ回路部 3 7、通信部 3 8、及び鬣源部 4 1を含んでいる。 C P U 3 5は、メモリ 3 6に記憶されている ^fi用プロダラムに応じて、脈拍計 2の動作を^!殳的に制御するものである。メモリ 3 6は、たとえば亍用プログラムを記憶するための R〇Μや、各種データを記憶し、かつ、 C P U 3 5 に対して-ワークエリアを «する R AM等により構成されている。

脈拍センサ 2 6が検知した脈拍情報は電気信号に変換され、その後、この電気信号はアナログ回路部 3 7に送られる。アナログ回路部 3 7は、受信した電気信号をディジタル信号に変換するとともに、その信号の増幅等を行う。また、アナログ回路部 3 7は、受信した電気信号に対してサンプルホールド等の処理を行う。その後、処理された電気信号（デジタノレ信号）は C P U 3 5に送られる。

通信部 3 8は、ホスト 1との無線通信を行うためのものであり、 m (図示せず）を備えている。通信部 3 8には、送信アンテナ 2 5が接続されている。このように、ホスト 1と各脈拍計 2との通信に無線を利用すれば、有線の: tj^のように、接続ケーブルが水に濡れる心配がなく辩 ljである。

I Dリーダ 3 1は、上述したように、リストバンド 3 2の I Dタグ 3 3から読み取る。読み取られた識リデータは、 C P U 3 5に送られる。

源部 4 1には、たとえばリチウムィオン電池等の充電式電池が配置される。この充電式電池は、図 4に示すように、外部の充電ヘッド 4 2によって非擲 ί状態で充電される。具体的には、充電へッド 4 2は、コネクタ 4 3を通じて供給される商用電力により駆動する。充電ヘッド 4 2には電力供給コィノレ（図示せず）カ讷装されており、霪源部 4 1には電力受容コイル（図示せず）が内装されている。充電ヘッド 4 2が駆動されると、これら電力供給コイルと電力受容コィノレとの間で生ずる電麵導により、源部 4 1の充電池が充電される。これによれば、充電ヘッド 4 2力ら霪源部 4 1に非撤虫状態で電力を供給することができる。そのため、ハウジング 2やベース 2 0 a (図 3 ) に電力供給ケーブル用の貫通孔を設ける必要がなく、脈拍計 2の防水性を損なうことがない。

次に、脈拍計 2の C P U 3 5における動作を、図 6に示すフローチャートを参照して説明する。まず、この脈拍計 2の暫原スィッチ 2 4 (図 3参照）力投入されると、 C P U 35は、 I Dリーダ 31によって ft¾ljデータが読み取られた力かを判 f "る（S 1)。この段階で、練習生が右手を図 3に示すように脈拍計 2に対して添えると、 IDタグ 3 3に記憶されている ||¾IJデータが I Dリーダ 31によって読み取られ、 CPU 35に送られる。これにより、 CPU 35は翻 Uデータの入力があつたと判断する（S I : YE S) 。より詳しくは、 CPU 35は、送られた来たデータ力所定のデータ用フォ一マットに従って作成されてレヽれば、当該データが ϋ ^データであると認識する。

なお、 S 1におレヽて、 CPU35力豳リデータが入力されたと判別したには、脈拍計 2の図示しないスピー力から、短レ、発信音が一回だけ出力されるようにしてもよレ、。これにより、練習生は、この脈拍計 2によって! データが読み込まれたことを知ることができる。

識 IJデータの入力がなレ、： ^には（S 1 ： NO) 、 CPU 35は引き続き！^【Jデータ入力の監視を行う。

S 1で「YES」の齢には、入力された黼リデータは、脈拍計 2のメモリ 36に記憶される（S 2)。

次に、 CPU 35は、脈拍データが入力されたカ^カの判別を行う（S 3)。具 f糊には、脈拍センサ 26によって検知された脈拍データ力アナログ回路部 37を介して C PU 35に送られてきたには、 CPU 35は、脈拍データの入力があつたと判断する（S 3 : YES) 。その他の齢には、 CPU 35.は、脈拍データの入力がないと判断する（S3 ： NO) 。好ましくは、脈拍データの入力があった場合には、図示しないスピーカから、短い発信音を 2回、出力させる。これにより、練習生は、脈拍データが適切に読み取られたことを認識できる。

上述のケースでは、 CPU 35は、練習生の騮リデータの入力を麵した後に、脈拍データの入力の廳忍を行っているが、本発明はこれに限定されなレヽ。すなわち、脈拍データの入力力された後に、リデータの入力の力 ^s行われるようにしてもよレ、。

S3で「YES」の場合には、脈拍データに基づき、単位時間あたりの練習生の脈拍数が計算され、結果がメモリ 36に記憶される（S4)。

次いで、 CPU 35は、計算された脈拍数を表示部 23に表示する（S5) 。これにより、練習生は、自己の脈拍数を即座に知ることができる。

次いで、 CPU 35は、！igijデータ及び脈拍データをホスト 1に言する（S 6)。具体的には、 C P U 3 5は、 II ^データ及び脈拍データをメモリ 3 6から読み出し、通信部 3 8に送る。通信部 3 8は、これらのデータを変調し、搬送波とともに: lif言アンテナ 2 5から送り出す。

これらの信号は、通信装置 3の受信アンテナ 1 8にて受信され、その後、ホスト 1に送られる。搬送波の周波数、データフォーマツト、及送プロトコル等は、通信装置 3と通信部 3 8との間で予め決められており、通信装置 3は、適切に廳 IJデータ及び脈拍データを受信することができる。脈拍データやデータには、伝送エラーを検出するチェックコードが付加されていてもよレ、。

データを受信したホスト 1は、識 lデータに基づき、送られた脈拍データがどの練習生の脈拍データであるカゝを認識する。また、ホスト 1は、この脈拍データから練習生の乳酣直を算出する。練習生ごとの脈拍数や、推定乳劇直は、例えば図 7に示すような表にして、ディスプレイ 1 6に表示される。この表に代わり（あるいはこの表にカ卩えて）、脈拍計 2によって得られたデータをグラフ化して表示してもよい。図 7の表は、必要に応じてプリンタ 4によって印字される。検知された脈拍数や乳酸値が異常である:^には、その特定の数値をディスプレイ 1 6上で点滅させて、トレーナ一の注意を引くようにしてもよい。あるいは、音声による警告をホスト 1のスピーカから出力するようにしてもよい。

上述した実施例によれば、練習生の脈拍及ひ lisリ情報を、同時に検知することができて便利である。ハゥジング 2 0の形状は、図示したようなドーム状に限らず、様々な形状とすることができる。

図 8は、本発明の第 2実施例に基づく脈拍計の主麵成要素を示す。図 8及び図 4 (第 1実施例）を比較すれは ¾ ^されるように、第 2実施例の脈拍計 2は、 »的には第 1 実施例の脈拍計と同様のネ冓成であるが、 I Dリーダ 3 1に代わり、キーボード 4 5が用いられている点が異なる。キーボード 4 5は C PU 3 5に接続されており、練習生は、自己の 1 ^情報をキーボード 4 5を介して入力する。

図 9は、本発明の第 3実施例に基づく脈拍計の主要構成要素を示す。上述の第 2実施例の齢と同様に、第 3実施例の脈拍計 2は、第 1実施例の脈拍計と基本的な構成は同じであるが、脈拍センサ 2 6力練習生の脈拍数だけでなく、その識別情報をも検知するように構成されている点が異なる。従って、第 3実施例の脈拍計 2では、 I Dリーダ 3 1 (第 1実施例）も、キーボード 4 5 (第 2実施例）も必要ない。

脈拍センサ 2 6による識リ情報の検知は、以下のようして行われる。図 9に示すように、練習生は、赤外鍵信器 4 6を備えたリストバンド 3 2を装着しておく。図には示されていなレヽが、赤外線発信器 4 6は、 C P U, メモリ、発信装置、発光ダイオード、及び出力スィツチを備えている。メモリには、練習生の識 I腈報が予め記憶されている。練習生によって出力スィッチが押下されると、 C PUは、メモリ力、ら登録された！情報を読み出すとともに、識リ情報を発信する指令を発信装置に対して出す。発信装置は、この指令に基づき、発光ダイオードを駆動して、練習生の調 lj情報に対応した赤外光を出力させる。この赤外光は、脈拍センサ 2 6によって検知される。検知信号は、アナ口グ回路部 3 7を介して C P U 3 5に送られ、角浙される。その結果、練習生の ItSlJ情報力 ^s認、識される。

上記各実施例においては、脈拍計 2とホスト 1とのデータの授受は無線により行われるが、本発明は、これに限定されるものではなレヽ。たとえば、無線の代わりに、脈拍計 2に着脱可能な携帯式データ収集ユニットを用いることも可能である。具体的には、練習生の脈拍数ゃ識リ情報を得るには、データ収集ュ-ットを、脈拍計に直接に接続する。このための手段としては、データ収集ユニットとの電気的接繞を図るためのソケットを脈拍計に設けておき、このソケットにデータ収集ュニットを差し込むようにしてもよレ、。データ収集ユニットには、適当なメモリを設けておき、このメモリに、脈拍計が検知した脈拍データや ItSij情報を記憶させる。その後、データ収集ユニットを脈拍計カゝら取り外し、ホスト 1のところまで運ぶ。最後に、ケーブル等によりデータ収集装置をホスト 1に接続し、記憶されたデータをホスト 1に出力する。

上記ソケットを利用する代わりに、図 1 0に示すように、データ収集ュ-ット 2 6 a と脈拍センサ 2 6との間で、たとえば I r DA方式によってデータ通信力 S行われるようにすることも可能である。この場合には、図 9に示す通信部 3 8を設ける必要がなく、脈拍計 2の製造コストが低減される。

本発明の計測システムは、陸上競技等で用いることもできる。この場合には、脈拍計 2とホスト 1とを有線で接続してもよレヽ。また、本発明によれば、計測する文像は脈拍に限らず、酸素飽和度等でもよい。 '

Claims

請求の範囲

1 . 防水性を有するハウジングと、

嫌己ノヽゥジングに取り付けられた第 1ノネルと、

脈拍データを検知すべく、前記第 1パネルに対向するように gilEハゥジング内に設けられた脈拍センサと、

IS脈拍データに基レヽて単位時間あたりの脈拍数を表示する表示部と、

外部装置との間でデータ通信を行うための通信部と、

嫌己脈拍データを tfrt己通信部を介して嫌己外部装置に言するための制御部と、を具備する、脈拍計。 '

2. ItHB脈拍センサは、被検出体を照るための発光素子、及び、前記被検出体からの反射光を検出するための受光素子を含んでいる、請求項 1に記載の脈拍計。

3. 編己データ通信は無線により行われる、請求項 1に記載の脈拍計。

4. 嫌己脈拍センサは、嫌己脈拍データの検知に加えて、前記脈拍データに関連した識別データの検知も行う、請求項 1に記載の脈拍計。

5. 廳己脈拍データに関連した!^ Ijデータを入力すべく、前記脈拍センサとは別体の識別データ入力ュニットをさらに具備しており、嫌己制御部は、入力された編己識リデ一タを、編己脈拍データとともに前記通信部を介して龍己外部装置に言する、請求項 1 に記載の脈拍計。

6. 藤己ノヽウジングに支持された第 2パネルをさらに具備しており、前記リデータ入カュニットは、編己第 2パネルに対向するように編己ノヽゥジングの内部に設けられてレヽる、請求項 5に記載の脈拍計。

7. 前記ハウジングは頂点を有するドーム状であり、 ttrlB第 1パネルは fflE頂点の近傍に配置されており、前記第 2パネルは、媚己第 1パネルよりも ffilE頂点から »た位置に配置されている、請求項 6に記載の脈拍計。

8. 肅己ハウジング内に設けられた充^:の鹭源をさらに具備しており、漏己 ® は、外部充«¾置によって非擲虫状態で充電される、請求項 1に記載の脈拍計。

9. 前記脈拍センサが、嫌 ffii信部としての機能も果たす、請求項 1に記載の脈拍計。

10. 脈拍データ及びこの脈拍データに関連したデータを得るための計測装置と、 tine計測装置から tftiB脈拍データ及ひ miBi sリデータを受信する中央管 a ^置と、を具備する構成において、

in己中央管 a¾置は、 sin己脈拍データ及び tfifBii¾i〗データに基づレヽてデータ処理を行うデータ処理部を備えている、計測システム。