JP5376768B2 - 脈波測定装置 - Google Patents
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Description
はじめに、本発明の脈波測定装置に用いる感圧素子および脈波測定装置の概略を図1〜図4を用いて説明する。
次に、脈波測定装置のセンサ部分の概略断面を説明する。図2は概略断面図である。脈波測定装置1のセンサ部分は、圧力伝達部30、圧力検出部10、および押圧部20を順に配置してなり、図2(a)に示す構成ではこれらを順に積層させた三層構造の例を示している。なお、圧力伝達部30、圧力検出部10、および押圧部20はこの三層構造に限らず、押圧部および圧力伝達部の内部に圧力検出部を収納した一体構造等、他の構成としてもよい。図2(b)は、圧力伝達部30を測定対象90側に接触させ、押圧部20によって圧力検出部10を測定対象90側に押圧した状態を示している。
図3は本発明の脈波測定装置の各形態と測定対象に取り付ける態様とを説明するための図である。
図4は、本発明の脈波測定装置1を身体の手首に装着する状態(図4(a))と、感圧素子アレイ(図4(b))とを示している。この装着例では、取り付け部材6を手首92の周囲に取り付け、この取り付け部材6に脈波測定装置1を装着する。この取り付けにおいて、脈波測定装置1の圧力伝達部(図4には示していない)が手首の脈動がより良好に検出できる位置に位置合わせして取り付けを行う。
図5は、本発明の脈波測定装置によって、感圧素子アレイが備える全感圧素子の中から測定に用いる感圧素子の選択状態を示している。なお、図5中の左方は安静時の状態を示し、図5中の右方は運動時の状態を示し、図5中の上方から下方に向かって感圧素子を選択し、センサ個数が低減する状態を示している。
図6は、感圧素子アレイ12を人体の手首などに装着した状態を示している。感圧素子アレイ12は、複数の感圧素子11をマトリクス状に配置して備える。図6では5行5列に25個の感圧素子11を備える例を示している。
図7,8は本発明の脈波測定装置による選択動作を説明するための図である。
図9は、本発明の脈波測定装置による感圧素子の選択による判定動作の概略を説明するための図である。
図10は本発明の脈波測定装置による複数の選択動作の概略構成を説明するための概略図であり、図11は本発明の脈波測定装置による複数の選択動作を説明するためのフローチャートである。
図12は押圧判定の動作を説明するためのフローチャートである。押圧判定は、感圧素子アレイ中の全感圧素子から測定対象である身体の皮膚と良好な接触状態にある感圧素子を選び出し、十分な検出信号強度が得られない感圧素子を排除する工程である。
図13は、感圧素子の走査順の一例を説明するための図である。なお、ここでは、説明を簡易化するために感圧素子アレイが備える全感圧素子の個数が25個の場合について示し、1〜25の番号を付している。図13では、感圧素子の番号を列方向(図中の縦方向)に付すとともに、行方向(図中の横方向)に順にずらしながら付している。記号Sはスタートを示し、記号Eはエンド(終わり)を示している。走査は、この感圧素子に付した番号順に行うことができる。なお、この番号および走査順は一例であって、この例に限られるものではなく、任意に設定することができる。
図14は、検出信号に基づいて押圧判定を行う際の信号処理を説明するための図であり、横軸は時間を示し、縦軸は検出信号の値で取得される押圧強度を示している。
図15は、感圧素子の走査を途中で終了させる場合の例を説明するための図である。図15において、感圧素子に付した番号順に走査し、各感圧素子で得られる信号強度が適正押圧範囲内にあるかを判定して、体表面との密着性や感圧素子の良/不良を判定する。ここで、仮に、全感圧素子の中から5個の良好な感圧素子を選択する場合には、5番目の良好な感圧素子11aが見つかった時点で走査を完了し、以後の走査を行わずに押圧判定を終了する。これによって、高速に処理を完了し、さらには信号処理の負荷を削減することができる。図15において、7,8,9,12,13の番号が付された感圧素子が良好である場合には、1の番号の感圧素子から順に走査し、13の番号が付された感圧素子が良好であると判定した時点で、良好な感圧素子の個数が5個となるため、この時点で走査による良好な感圧素子の選択を終了する。
前記した図13では、感圧素子アレイのマトリックスの端部から走査を開始しているが、感圧素子アレイ上の走査の開始位置は任意の場所に設定してもよく、走査順序も任意の順番としても良い。
また、装着状態が不良である場合には、感圧素子アレイの全感圧素子を走査しても、良好と判定される感圧素子の個数が所定の個数以下である場合がある。このような場合には、装着状態を改善するように指示してもよい。
図19は特徴値判定の動作を説明するためのフローチャートであり、図20,21はその動作を説明するためのデータ図である。
第2の形態は、脈波特徴スロープの算出における極限点の押圧値のばらつきを解消して、スロープの傾きを補正するものであり、これによって、脈拍周期より周期の長い押圧変化等によるノイズを除去する。
第3の形態は、選択する感圧素子数が不足する場合の対処を指示するものであり、これによって脈波測定に必要な感圧素子の個数を確保することができる。
第4の形態は、脈波形特徴値から検出された脈波形が正位相であるか、あるいは逆位相であるかを判定することができ、これによって、感圧素子と動脈との位置関係の把握や、脈波形の形状把握による脈拍測定の測定精度の向上に役立てることができる。
図25は偏差判定、順位付け判定の動作を説明するためのフローチャートである。偏差判定は、特徴値判定で選択した感圧素子について統計的な偏りに基づいて判定を行って、偏りがある感圧素子について排除し、ほぼ同様の特徴値を備える感圧素子を選択する。さらに、順位付け判定は、偏差判定で選択した感圧素子の個数を所定個数に絞り込み、順位付けに従って所定個数の感圧素子を選択する。以下、S51〜S55の工程で偏差判定を行い、S56〜S58の工程で順位付け判定を行う。
偏差判定、順位付け判定を行い(S61)、この判定で選択された感圧素子の個数が所定の個数(例えば3個)以下の場合は(S62:No)、判定失敗として装着状態を改善するように表示や音声、発光等の報知手段で使用者に報知する(S63)。
感圧素子情報記憶部150に記憶されている、特徴値判定、偏差判定、順位付け判定で選択された感圧素子の特徴値のうちで、極限点間の周期を元にして使用者の非運動時の心拍数を算出することができる。
本発明の脈波測定装置は、装置が異常を検出したときや運動中断時に、感圧素子の選択を再度行っても良い。
2 回路基板
3 表示部
4 枠体
5 係止部
6 取り付け部材
6a 被係止部
10 圧力検出部
11,11a〜11n,11A 感圧素子
12 感圧素子アレイ
20〜23 押圧部
30 圧力伝達部
40 保護部材
50 脈波測定部
50a 信号増幅回路
50b A/D変換回路
50c 狭帯域信号処理回路
50d 波形歪検出回路(スロープ検出回路)
60 心拍計
60a 心拍数計数回路
60b 心拍数報知部
70 血圧計
70a 血圧測定回路
70b 血圧値報知部
90 測定対象
91 動脈
92 手首
93 皮膚
94 掌
95 腕
100 選択部
110 押圧判定部
120 特徴値判定部
130 偏差判定/順位付け判定部
150 感圧素子情報記憶部
160 ノイズ除去部
170 演算部
200 脈波検出部
300 信号処理部
400 報知部
500 入力部
600 記憶部
Claims (22)
- 複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイと、
前記複数の感圧素子の出力信号に基づいて、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子の中から、当該全感圧素子の個数よりも少ない所定個数の感圧素子を選出し、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子の出力信号から当該選出した感圧素子の出力信号のみを選択して出力する選択部と、
前記選択部で選択した出力信号を用いて脈波を測定するための信号処理を行う信号処理部とを備え、
前記選択部は、前記出力信号の、少なくとも脈拍の1拍の期間より長い期間の脈波形から脈波形の特徴値を抽出し、当該特徴値と脈波特徴判定値との比較結果に基づいて、感圧素子を選出する特徴値判定部を備え、
前記選択部は、全感圧素子の中から段階的に感圧素子を選出する複数の判定部を有し、
当該判定部は特徴値判定部と順位付け判定部とを含み、
前記特徴値判定部は、感圧素子の出力信号から脈波形の特徴値を抽出し、
該脈波形は、少なくとも脈拍の1拍の期間より長い期間とし、
前記特徴値と脈波特徴判定値との比較結果に基づいて感圧素子を選出し、
前記順位付け判定部は、前記特徴値判定部で選出した感圧素子について、前記特徴値判定部で抽出した脈波形の特徴値に基づいて順位付けを行い、当該順位付けに基づいて感圧素子を選出することを特徴とする脈波測定装置。 - 複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイと、
前記複数の感圧素子の出力信号に基づいて、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子の中から、当該全感圧素子の個数よりも少ない所定個数の感圧素子を選出し、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子の出力信号から当該選出した感圧素子の出力信号のみを選択して出力する選択部と、
前記選択部で選択した出力信号を用いて脈波を測定するための信号処理を行う信号処理部とを備え、
前記選択部は、前記出力信号の、少なくとも脈拍の1拍の期間より長い期間の脈波形から脈波形の特徴値を抽出し、当該特徴値と脈波特徴判定値との比較結果に基づいて、感圧素子を選出する特徴値判定部を備え、
前記選択部は、全感圧素子の中から段階的に感圧素子を選出する複数の判定部を有し、
当該判定部は押圧判定部、特徴値判定部、偏差判定部、および順位付け判定部を含み、
前記押圧判定部は、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子を瞬時的に押圧することで検出される出力信号と押圧判定値との比較結果に基づいて全感圧素子の中からの感圧素子を選出し、
前記特徴値判定部は、前記第1の押圧判定部で選出した感圧素子の出力信号から脈波形の特徴値を抽出し、
該脈波形は、少なくとも脈拍の1拍の期間より長い期間とし、
前記特徴値と脈波特徴判定値との比較結果に基づいて感圧素子を選出し、
前記偏差判定部は、前記特徴値判定部で選出した感圧素子について、前記特徴値判定部で抽出した脈波形の特徴値の平均値を算出し、当該平均値と脈波形の特徴値との差分に基づいて感圧素子を選出し、
前記順位付け判定部は、前記偏差判定部で選出した感圧素子の脈波形の特徴値に基づいて順位付けを行い、当該順位付けに基づいて感圧素子を選出することを特徴とする脈波測定装置。 - 前記選択部は、前記各判定部の判定結果を記憶する感圧素子情報記憶部を有し、
当該感圧素子情報記憶部は、
前記押圧判定部で選出した感圧素子を登録し、
前記特徴値判定部の選出で選外とされた感圧素子を登録した感圧素子から除外し、前記特徴値判定部で抽出した脈波形の特徴値を記憶し、
前記偏差判定部の選出で選外とされた感圧素子を前記登録感圧素子から除外し、前記順位付け判定部で選出した感圧素子を記憶することを特徴とする、請求項2記載の脈波測定装置。 - 前記信号処理部はノイズ除去部を有し、前記順位付け判定部の順位付けの上位から順に選出された所定個数の感圧素子をノイズ除去部に接続することを特徴とする、請求項1又は2に記載の脈波測定装置。
- 前記押圧判定部は、前記瞬時的押圧時に検出される感圧素子の信号を所定周期でサンプリングして得られる複数のサンプリング値の平均値を感圧素子の出力信号とすることを特徴とする、請求項2又は3に記載の脈波測定装置。
- 前記押圧判定部は、全感圧素子の出力信号について順に押圧判定値と比較し、当該比較によって選出した感圧素子の個数が所定個数に達した時点で処理を終了することを特徴とする、請求項2,3,5の何れか1つに記載の脈波測定装置。
- 複数の感圧素子を配列してなる感圧素子アレイと、
前記複数の感圧素子の出力信号に基づいて、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子の中から、当該全感圧素子の個数よりも少ない所定個数の感圧素子を選出し、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子の出力信号から当該選出した感圧素子の出力信号のみを選択して出力する選択部と、
前記選択部で選択した出力信号を用いて脈波を測定するための信号処理を行う信号処理部とを備え、
前記選択部は、全感圧素子の中から段階的に感圧素子を選出する複数の判定部を有し、
当該判定部は、押圧判定部と特徴値判定部とを含み、
前記押圧判定部は、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子を脈拍の1拍の期間よりも十分に短い期間で瞬時的に押圧して検出される全感圧素子の出力信号について順に押圧判定値と比較し、当該比較によって選出した感圧素子の個数が所定個数に達した時点で処理を終了し、
前記特徴値判定部は、前記押圧判定部で選出した感圧素子の出力信号の、少なくとも脈拍の1拍の期間より長い期間の脈波形から脈波形の特徴値を抽出し、当該特徴値と脈波特徴判定値との比較結果に基づいて、感圧素子を選出することを特徴とする脈波測定装置。 - 前記押圧判定部は、感圧素子アレイに予め分散させて分布させて設定した所定個数の感圧素子について出力信号を押圧判定値と比較し、当該比較で選出した感圧素子の周囲に分布する感圧素子について出力信号を押圧判定値と比較することを特徴とする、請求項6又は7に記載の脈波測定装置。
- 前記押圧判定部は、面状に配列された感圧素子アレイの外周から内周に向かって、又は内周から外周に向かって渦巻き状に出力信号を選び、順に押圧判定値と比較することを特徴とする請求項6又は7に記載の脈波測定装置。
- 前記押圧判定部は、格子状に配列された感圧素子アレイの行又は列について、任意の行順または列順で、列方向又は行方向に順に押圧判定値と比較することを特徴とする請求項6又は7に記載の脈波測定装置。
- 前記特徴値判定部が抽出する脈波形の特徴値は、脈波形の連続する3つの極限点を抽出し、第1の極限点と第2の極限点間および第2の極限点と第3の極限点間とにおける、周期、波高値の高低差、スロープの傾きのうち、少なくとも何れか1つであることを特徴とする、請求項1から3の何れか1つに記載の脈波測定装置。
- 前記特徴値判定部は、第1の極限点の値と第3の極限点の値との平均値を用いて、第1の極限点の値と第3の極限点の値との差分を補償することを特徴とする、請求項11に記載の脈波測定装置。
- 前記特徴値判定部は、前記3つの極限点の有無、前記3つの極限点から得られる周期、波高値の高低差、スロープの傾きのうち、少なくとも何れか1つを判定条件とすることを特徴とする、請求項11又は12に記載の脈波測定装置。
- 前記特徴値判定部は、判定結果の履歴に基づいて前記判定条件の値を変更することを特徴とする、請求項11から13の何れか1つに記載の脈波測定装置。
- 前記特徴値判定部は、第1の極限点と第2の極限点間と、第2の極限点と第3の極限点間と、の周期比率を判定条件として、正位相の脈波形であるか逆位相の脈波形であるかを判定することを特徴とする、請求項11から14の何れか1つに記載の脈波測定装置。
- 前記特徴値判定部は、選出した感圧素子の個数が予め設定した個数以下の場合には報知することを特徴とする、請求項1から3の何れか1つに記載の脈波測定装置。
- 前記選択部は、選択した感圧素子を記憶する記憶部を有し、
前記特徴値判定部は、感圧素子の再選択時に、前記感圧素子アレイを構成する全感圧素子の中から、記憶部に記憶される感圧素子の近傍に存在する感圧素子について選出を行うことを特徴とする、請求項1から16の何れか1つに記載の脈波測定装置。 - 前記偏差判定部は、第1の極限点と第2の極限点間周期と、第2の極限点と第3の極限点間周期とのうちの少なくとも何れか1つの周期の平均値を算出し、当該平均値から許容範囲内の出力信号を出力する感圧素子を選出することを特徴とする、請求項2に記載の脈波測定装置。
- 前記順位付け判定部は、脈波形の連続する3つの極限点を抽出し、第1の極限点と第2の極限点間周期、第2の極限点と第3の極限点間周期、各極限点間の波高値の高低差、各極限点間のスロープの傾きのうち、少なくとも何れか1つに基づいて順位付けを行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の脈波測定装置。
- 前記偏差判定部は、選出した感圧素子の個数が予め設定した個数以下の場合には報知することを特徴とする、請求項2に記載の脈波測定装置。
- 前記偏差判定部は、選出した感圧素子の出力信号の極限点間の周期から脈拍数を算出することを特徴とする、請求項18に記載の脈波測定装置。
- 前記特徴値判定部は、選出した感圧素子の出力信号の極限点間の周期から脈拍数を算出することを特徴とする、請求項11から15の何れか1つに記載の脈波測定装置。
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