JP5604280B2 - 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第1実施形態を模式的に示す断面図である。第1実施形態の脈波センサ1は、手首2で脈波を測定するための構造、より具体的には、手首2に装着されて脈波を測定するための腕輪構造(第1実施形態では腕時計構造)を有する。なお、構成要素に着目すると、第1実施形態の脈波センサ1は、測定ユニット10と、電源ユニット20と、通信ユニット30と、ケーブル40と、腕輪型筐体50と、表示ユニット60と、を有する。
図4は、測定ユニット10の一構成例を模式的に示す断面図である。本構成例の測定ユニット10は、基板11と、光センサ12と、測定窓13と、増幅回路14と、演算回路15と、を含む。
図5は、電源ユニット20の一構成例を模式的に示す断面図である。本構成例の電源ユニット20は、基板21と、バッテリ22と、電源回路23と、充電回路24を含む。
図6は、通信ユニット30の一構成例を模式的に示す断面図である。本構成例の通信ユニット30は、基板31と、メモリ32と、無線通信回路33と、を含む。
図7は、本発明に係る脈波センサの第2実施形態を模式的に示す断面図である。第2実施形態の脈波センサ1において、電源ユニット20と通信ユニット30は、いずれも、腕輪型筐体50が手首2に装着されたときに手首2の腹側となるように腕輪型筐体50に収納されている。このように、測定ユニット10にとってノイズ源となり得る電源ユニット20と通信ユニット30を測定ユニット10からできるだけ離して配置することにより、脈波の測定精度を高めることが可能となる。
図8は、本発明に係る脈波センサの第3実施形態を模式的に示す断面図である。第3実施形態の脈波センサ1では、3つの測定ユニット10a〜10cが表示ユニット60と向き合うように腕輪型筐体50の周方向に並べて配置されている。具体的に述べると、測定ユニット列の中央部に位置する測定ユニット10bは、腕輪型筐体50を軸心方向から見たときに、軸心Pに対して表示ユニット60と点対称となるように配置されており、測定ユニット列の両端部に位置する測定ユニット10a及び10cは、各々と腕輪型筐体50の軸心Pとを結ぶ2本の線分の成す角度が60度〜90度となるように配置されている。また、電源ユニット20と通信ユニット30はいずれも、表示ユニット60の裏側となるように腕輪型筐体50に収納されている。
図11は、本発明に係る脈波センサの第4実施形態を模式的に示す断面図である。第4実施形態の脈波センサ1では、先出の表示ユニット60が除かれており、さらに、8つの測定ユニット10a〜10hが腕輪型筐体50を等間隔で周回するように並べて配置されている。このような構成であれば、腕輪型筐体50が手首2の周りを回転しても、測定ユニット10a〜10hの少なくとも一つで適切に脈波の測定を行うことが可能である。
図12は、本発明に係る脈波センサの第5実施形態を模式的に示す断面図である。第5実施形態の脈波センサ1では、測定ユニット10a〜10hよりも薄く小型に形成された電源ユニット20x及び20yが、それぞれ、測定ユニット10aと測定ユニット10eとの間、及び、測定ユニット10dと測定ユニット10hとの間に配置されている。このような構成とすることにより、先出の第4実施形態と同様、腕輪型筐体50が手首2の周りを回転しても、測定ユニット10a〜10hの少なくとも一つで適切に脈波の測定を行うことが可能である。
図13は、本発明に係る脈波センサの第6実施形態を模式的に示す断面図である。第6実施形態の脈波センサ1では、8つの測定ユニット10a〜10hに対して、8つの電源ユニット20a〜20h、8つの通信ユニット30a〜30h、及び、8本のケーブル40a〜40hが設けられており、一つの電源ユニットから一本のケーブルを介して一つの測定ユニットと一つの通信ユニットに各々電力供給が行われる。すなわち、第6実施形態の脈波センサ1は、各々独立に脈波を測定して測定データの外部送信を行うことが可能な自立ブロックが腕輪型筐体50の内部に8つ収納された構成であると言える。このような構成とすることにより、先出の第4実施形態や第5実施形態と同様、腕輪型筐体50が手首2の周りを回転しても、測定ユニット10a〜10hの少なくとも一つで適切に脈波の測定を行うことが可能である。
図14は、測定ユニット10の光センサ12を形成する発光部と受光部のレイアウトパターンA〜Dを示す模式図である。図14に示したように、発光部LEDと受光部PDとは、1対1(レイアウトパターンA)、2対1(レイアウトパターンB)、3対1(レイアウトパターンC)、及び、4対1(レイアウトパターンD)など、いずれのレイアウトパターンを採用しても構わない。なお、レイアウトパターンB〜Dを採用する場合には、複数の発光部LEDを正多角形の頂点位置に各々配置し、受光部を前記正多角形の重心位置に配置することが望ましい。
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。
図16は、本発明に係る脈波センサの第7実施形態を模式的に示すブロック図である。第7実施形態の脈波センサ100は、n個(ただしn≧2)の光センサ部101−1〜101−nと、制御部102と、加速度センサ部103と、記憶部104と、無線通信部105と、電源部106と、腕輪型筐体107と、を有する。
以下では、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴について総括する。
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 手首
10、10a〜10h 測定ユニット
11 基板
12 光センサ
13 測定窓(透光部材)
14 増幅回路
15 演算回路(CPU)
20、20x、20y、20a〜20h 電源ユニット
21 基板
22 バッテリ
23 電源回路(DC/DCコンバータ)
24 充電回路
30、30a〜30h 通信ユニット
31 基板
22 メモリ
33 無線通信回路
40、40x、40y、40a〜40h ケーブル
50 腕輪型筐体
60 表示ユニット
61 本体部
62 表示部
100 脈波センサ
101−1〜101−n 光センサ部
102 制御部
103 加速度センサ部
104 記憶部
105 無線通信部
106 電源部
107 腕輪型筐体
200 手首
Claims (20)
- 手首に装着されて脈波を測定するための腕輪構造を有する脈波センサであって、
脈波の測定を行う複数の測定ユニットと、
前記複数の測定ユニット毎にオン/オフ制御を行う制御部と、
前記複数の測定ユニット及び前記制御部を収納する腕輪型筐体と、
を有し、
前記複数の測定ユニットは、測定ユニット列として前記腕輪型筐体の周方向に複数並べて配置されており、
前記制御部は、前記測定ユニット列の中央部付近に位置する測定ユニットをオフとして前記測定ユニット列の両端部付近に位置する測定ユニットをオンとする第1の動作モードと、前記測定ユニット列の中央部付近に位置する測定ユニットをオンとして前記測定ユニット列の両端部付近に位置する測定ユニットをオフとする第2の動作モードと、を切り替えることを特徴とする脈波センサ。 - 前記複数の測定ユニットへの電力供給を行う電源ユニットと、
前記複数の測定ユニットと前記電源ユニットとの間を電気的に接続するケーブルと、
を有することを特徴とする請求項1に記載の脈波センサ。 - 前記複数の測定ユニットは、手首に光を照射して生体内を透過した光の強度を検出する光センサを含む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。
- 前記光センサの出力波長は、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3に記載の脈波センサ。
- 前記腕輪型筐体に設けられて表示情報を出力する表示ユニットをさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の脈波センサ。
- 前記複数の測定ユニットは、前記表示ユニットに向き合って前記腕輪型筐体の周方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項5に記載の脈波センサ。
- 前記複数の測定ユニットは、前記測定ユニット列の両端部に位置する2つの測定ユニットと前記腕輪型筐体の軸心とを各々結ぶ2本の線分の成す角度が60度〜90度となるように配置されてい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。
- 前記制御部は、前記複数の測定ユニット毎のオン/オフ制御と連動して前記表示ユニットの表示方向制御を行うことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の脈波センサ。
- 前記電源ユニットは、前記複数の測定ユニットよりも少数であり、一つの電源ユニットから複数の測定ユニットに電力供給が行われることを特徴とする請求項2に記載の脈波センサ。
- 前記電源ユニットは、前記複数の測定ユニットと同数だけ設けられており、一つの電源ユニットから一つの測定ユニットに電力供給が行われることを特徴とする請求項2に記載の脈波センサ。
- 前記測定ユニットは、前記光センサの出力信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路の出力信号に基づいて脈波に関する情報を取得する演算回路と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の脈波センサ。
- 前記測定ユニットは、表面に前記光センサが実装されて裏面に前記増幅回路と前記演算回路が実装される基板を含むことを特徴とする請求項11に記載の脈波センサ。
- 前記電源ユニットは、バッテリと、前記バッテリからの入力電圧を所望の出力電圧に変換する電源回路と、を含むことを特徴とする請求項2に記載の脈波センサ。
- 前記電源ユニットは、前記バッテリの充電制御を行う充電回路を含むことを特徴とする請求項13に記載の脈波センサ。
- 前記充電回路は、接触方式で外部からの電力供給を受けることを特徴とする請求項14に記載の脈波センサ。
- 前記充電回路は、非接触方式で外部からの電力供給を受けることを特徴とする請求項14に記載の脈波センサ。
- 前記測定ユニットで得られた測定データを外部に転送する通信ユニットをさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項16のいずれか一項に記載の脈波センサ。
- 前記通信ユニットは、前記測定データを格納するメモリと、前記測定データを外部に無線送信する無線通信回路と、を含むことを特徴とする請求項17に記載の脈波センサ。
- 前記腕輪型筐体は、防水構造とされていることを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれか一項に記載の脈波センサ。
- 前記腕輪型筐体は、可撓性素材で形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項19のいずれか一項に記載の脈波センサ。
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