JPH04146721A - 光電脈波測定装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、生体の指先等から光電的に脈波を測定する
光電脈波測定装置に関する。

（ロ）従来の技術 指先に投光器から光投射し、その透過光を光電素子で電
気信号に変換して、ハイパスフィルタを通してＡＣ成分
を抽出する光電脈波測定装置がある。この種の光電脈波
測定装置で、測定中に体動があると透過光量が不安定と
なり、脈波が乱れ、また体動かなくなっても、ＡＣフィ
ルタの時定数のため、基線がすばやく復帰しないことが
ある。

そこで、この不具合をなくすため、従来はフィルタの時
定数を一時的になくすためにインストスイッチを設け、
別に例えば心電を抽出し、これに同期する脈波を安定な
脈波とみなしたり（特開昭６２−５００８４３号）、体
動は脈波そのものが数μｍの動脈の拍動によるものなの
で、プローブを工夫して安定化しようと試みている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 インストスイッチを設け、オンさせれば基線を復帰でき
るが、脈波が乱れたことを自動的に抽出する手段方法が
なければ、脈波を安定化できない。

上記した心電を抽出し、これを同期した脈波を安定化し
た脈波とみなす方法もその一つであるが、この方法では
心電計測を必要とし、装置、方法とも煩雑であるという
問題がある。また、脈波そのもので、その相関関数やス
ペクトルを検出して脈波の乱れを検出する方法も考えら
れるが、演算量が多く、ＣＰＵの負荷が多く、高度なマ
イコンのハードウェアを必要とし、装置全体が高価にな
るという問題がある。

この発明は、上記問題点に着目してなされたものであっ
て、比較的簡易な手法、構成で安定な脈波測定をなし得
る光電脈波測定装置を提供することを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明の光
電脈波測定装置は、投光器と、この投光器からの光が生
体血管を経て入光されるのを受け、電気信号に変換する
受光素子と、この受光素子から出力される直流成分を含
む信号を受け、所定のしゃ断周波数を持ち、このしゃ断
周波数以上の脈波信号を出力するハイパスフィルタと、
オンされるとこのハイパスフィルタのフィルタ機能を禁
止するインストスイッチと、前記ハイパスフィルタの出
力信号レベルが基準レベルとクロスする時点を検出する
クロス点検出手段と、クロス点からクロス点までの時間
を計時する計時手段と、クロス点からクロス点までの各
時間が基準時間を越えたか否かを判別する判別手段と、
クロス点からクロス点までの時間が基準時間を越えたこ
との判別出力に応答して前記インストスイッチをＯＮさ
せる手段とから構成されている。

この光電脈波測定装置では、投光器からの光が、例えば
指先内を経て受光素子に入光されると、直流分と脈波成
分を含んだ信号が出力され、ハイパスフィルタで直流分
が除去され、脈波成分のみが出力される。体動等がなく
、安定している状態では、基線の変動がなく、脈波信号
は基準値にクロスし、クロス点からクロス点の時間は通
常の脈波の半波分程度となるので、基準時間を越えるこ
とはなく、インストスイッチはＯＮされず、ハイパスフ
ィルタはそのままフィルタ動作を継続する。

体動等が発生し、基線が例えば第１図のＴ７期間のよう
に上昇すると、脈波が半サイクル分を経過しても基線が
ちとにもどらず、したがって基準線にクロスせず、次の
クロス点までの時間が長くなり、基準時間を越える。こ
れが判別手段で判別され、その判別出力により、インス
トスイッチがＯＮされる。インストスイッチのＯＮによ
り、ハイパスフィルタ機能に禁止がかかり、基線は、直
ちに０に復帰するので、再度安定な脈波抽出が可能とな
る。

（ホ）実施例 以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。

第２図は、この発明の一実施例を示す光電脈波測定装置
の回路ブロック図である。同図において、指先に投光用
の発光素子１から光を発し、受光素子４で受光された信
号が、Ｉ／Ｖ変換部５で電圧信号に変換され、アンプ６
で増幅されて、さらにハイパスフィルタ７で直流分を除
去し、脈波成分のみを導出し、Ａ／Ｄ変換器８でデジタ
ル信号に変換して、ＣＰＵ３に取り込まれるように構成
されており、発光素子ｌは、ＣＰＵ３からの信号により
駆動回路２によって点灯駆動されるように構成されてい
る。

ハイパスフィルタ７は、インストスイッチ９を付設して
おり、回路図は、第３図に示すように、コンデンサＣ及
び抵抗Ｒからの時定数回路とアンプＡとから構成されて
いる。しゃ断周波数は通常０．３〜０．５上程度とする
。ＣＰＵ３°ではＡ／Ｄ変換器８より取り込まれた脈波
成分につき基準値（０レベル）を基準に０クロス検出を
行う機能を有し、Ｏクロス点から次のＯクロス点までの
時間を順次計時する機能を有している。

例えば、第１図に示すごとき脈波信号が取り込まれたと
すると、図において、Ｔ１、Ｔｔ、・・・Ｔ、が順次各
期間毎に計時される。そして、これらの時間Ｔ、　、Ｔ
、　、・・・、Ｔ１．が計時される毎に基準時間Ｔ０と
比較され、基準時間よりも計時時間が小さい場合には、
安定した脈波信号であるとし、そのままＣＰＵ３におい
て、脈波検出において所定の処理を行うが、例えば第１
図に示すＴ。

期間のように、体動等により基線が上昇すると、ハイパ
スフィルタフのＣＲによる時定数回路のため急に基線が
降下せず、ゆっくりと降下するため、脈波は基線上に重
畳されて変化するので計時時間Ｔ、が長くなる。この場
合には、ＣＰＵ７は期間Ｔ、が大なることを判別し、計
時時間Ｔ、が基準時間よりも大なる場合には、インスト
スイッチ９をオンし、−時的に抵抗Ｒを短絡し、フィル
タ機能ヲなくし、入力レベルに応じた出力が基線として
、つまり基線を０に戻す処理を行う。

次に、この基線処理の動作を第４図に示すフロー図に従
い説明する。

まず、ＣＰＵ３は、Ａ／Ｄ変換器８から入力される脈波
信号が変換、つま、り取り込まれる毎に（ステップ５Ｔ
Ｉ）　、その取り込まれたレベルの脈波が基準値よりも
小か否か判定する（ステップ５Ｔ２）。スタートの時点
で脈波レベルが基準値よりも小さい場合、すなわちマイ
ナス方向にある場合、この判定がＹＥＳであり、当初ス
テップＳＴ３でＰフラグ−１か否か判定するが、最初Ｐ
フラグは０であり、この判定はＮｏであり、カウンタを
カウントアツプしくステップ５Ｔ４）、Ｐフラグを０に
し、さらにカウンタ値が基準値以上、つまり基準時間以
上であるか否かを判定する（ステップ５Ｔ７）。動作開
始当初は、当然判定ＮＯなので、再びステップＳＴＩに
戻り、Ａ／Ｄ変換器８よりの信号をサンプリングタイム
毎に取り込むことになる。やがて、脈波信号がマイナス
より０レベル点を越えてプラス方向に向かう時点では、
ステップＳＴ２の脈波基準値より小かの判定がＮＯとな
り、次にＰフラグ−１か否かが判定される（ステップ５
Ｔ８）。ここでも、Ｐフラグはセットされていないので
、判定Ｎｏであり、この場合には、マイナスからプラス
への０クロス点を検出する時点であるから、カウンタを
リセットしくステップ５Ｔ９）、Ｐフラグを１にセット
しくステップ５ＴＩＩ）、カウンタが基準時間より大き
いか否か判定する（ステップ５Ｔ７）。当初は、０クロ
ス点を通過した時点であるからこの判定はＮｏであり、
ステップＳＴＩに戻り、次のサイクルにおける脈波信号
を取込み、脈波基準値よりも小か否か判定する（ステッ
プ５Ｔ２）。０クロス点を越えた状態では、当面この判
定はＮＯであり、さらに今度はＰフラグが１に設定され
ているから、ステップＳＴ８の判定がＹＥＳであり、カ
ウンタをカウントアツプしくステップ５Ｔ１０）、つま
りＯクロス点通過以降の時間を計時し、Ｐフラグを１に
セットしくステップ５Ｔ１１）、以下カウンタが基準時
間を越えるまでこの処理を繰り返す。

カウンタには、次のＯクロス点までの時間が計時される
ことになる。カウンタの計時時間が基準時間を越える前
に次の０クロス点を一検出するφ２まり基準値よりも脈
波信号成分のレベルが小さくなると、ステップＳＴ２の
判定がＹＥＳとなり、ステップＳＴ３・でＰフラグ−１
か否か判定される。

この判定はすてにＰフラグが１に設定されているのでＹ
ＥＳであり、ここでカウントをリセットし、０としくス
テップ５Ｔ５）、Ｐフラグを０にしくステップ５Ｔ６）
、次に同しくステップＳＴ７でカウンタが基準時間より
大きいか否か判定する。

しかし、この判定は当然Ｎｏであり、ステップＳＴ１に
戻り、以後法の０クロス点が来るまで、つまりマイナス
からプラス方向に基準値をクロスするまで、ステップＳ
Ｔ２の判定がＹＥＳであり、ステップＳＴ３のＰフラグ
−１かの判定は先にステップＳＴ６でＰフラグを０とし
ているので、この判定はＮＯとなり、ステップＳＴ４に
移り、カウンタのカウントアツプを開始する。以後同様
にＡ／Ｄ変換器よりの入力が取り込まれる毎に、脈波成
分が基準値より小さいか否か判定し、マイナス方向での
変化の場合には、同様にカウンタをカウントアツプする
ことになる。

カウンタの内容が基準時間を越える以前に、次に今度は
再び、マイナスからＯクロスしてプラス方向に向かう時
点では、その時点の脈波基準値より小かの判定（ステッ
プ５Ｔ２）がＮｏとなる。

次に、ステップＳＴ８でＰフラグ−１か否か判定される
が、それまでの状態ではＰフラグ＝Ｏなので判定ＮＯで
あり、ますカウンタをリセットしくステップ５Ｔ９）、
つまり、次の０クロス点までの時間をカウントするため
にカウンタをリセットし、さらにＰフラグを１にセット
して（ステップ５ＴＩＯ）、再び次の０クロス点が来る
までの時間をカウンタで計時することになる。以上のよ
うに、脈波が安定している場合には、０クロス点から次
のＯクロス点までの計時時間は基準時間を越えないので
、そのまま順次Ｏクロス点から０クロス点までの時間計
測が続けられることになる。

しかし、例えば、第１図のＴ７期間のように、０クロス
点がマイナス方向からプラス方向に通過し、次に、プラ
ス方向からマイナス方向への０クロスが遅く、Ｔ７が長
い場合には、ステップＳＴ７のカウンタ値が基準値（基
準時間）よりも大きいか否かの判定がＹＥＳとなり、こ
の場合には、インストスイッチ９をＯＮする指令を出し
、第３図に示すインストスイッチ９をＯＮする。これに
よりハイパスフィルタフの機能を一時的に停止し、上昇
してきた基線は再びＯに復帰し、第１図に示すＴ８以降
の安定した状態が得られることになる。

（へ）発明の効果 この発明によれば、脈波信号が安定であるかどうかを判
定するのに、脈波の基準値に対するクロス点を検出し、
クロス点からクロス点までの時間を監視し、その時間が
基準時間を越えたか否かにより、越えている場合には、
インストスイッチをＯＮして、ハイパスフィルタのフィ
ルタ機能を停止することにより、基線を復帰させるもの
であるから、構成はタイマ等による時間監視で脈波の安
定性を認識でき、ＣＰＵ自体の負担にならず、また、高
度なＣＰＵを必要とせず、さらにはＣＰＵのような高度
な演算システムを必要としなくてもよく、装置の簡素化
、低コスト化が実現できる。

また、心電等の他の信号を必要とせず、脈波だけでよい
ので、他の計測器を必要としない。

簡単なシステムにより、自動的にインストスイッチをＯ
Ｎすることで、体動により脈波に乱れが生しても自動的
に安定化することができる。同時に、脈波周期から脈拍
数を求めることができる等の種々の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例光電脈波測定装置の安定動
作を説明するための波形図、第２図は、この発明が実施
される光電脈波測定装置の回路図、第３図は、同光電脈
波測定装置のハイパスフィルタの具体的な回路構成を示
す図、第４図は、同実施例光電脈波測定装置の動作を説
明するためのフロー図である。 に発光素子（投光器）、　　３：ＣＰＵ、４：受光素子
、　　７：ハイパスフィルタ、９：インストスイッチ。 特許出願人　　　　　　オムロン株式会社代理人　　弁
理士　　　中　村　茂　信第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光器と、この投光器からの光が生体血管を経て
   入光されるのを受け、電気信号に変換する受光素子と、
   この受光素子から出力される直流成分を含む信号を受け
   、所定のしゃ断周波数を持ち、このしゃ断周波数以上の
   脈波信号を出力するハイパスフィルタと、オンされると
   このハイパスフィルタのフィルタ機能を禁止するインス
   トスイッチと、前記ハイパスフィルタの出力信号レベル
   が基準レベルとクロスする時点を検出するクロス点検出
   手段と、クロス点からクロス点までの時間を計時する計
   時手段と、クロス点からクロス点までの各時間が基準時
   間を越えたか否かを判別する判別手段と、クロス点から
   クロス点までの時間が基準時間を越えたことの判別出力
   に応答して前記インストスイッチをＯＮさせる手段と、 を備えたことを特徴とする光電脈波測定装置。