JPH1170087A - 脈波検出方法および脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被験者に圧迫感を与えることなく動脈の位置
を特定する。 【解決手段】 手動位置変更機構２を操作すると、位置
決めセンサ１は腕の周方向に移動しながら皮膚の上から
脈波波形ＭＨを検出する。皮膚の内部には毛細血管と橈
骨動脈を取り巻く細動脈が形成されており、毛細血管の
脈動と細動脈の脈動を振幅極性が反転している。極性検
出部３は脈波波形ＭＨの振幅極性を示す極性検出信号Ｋ
Ｓを出力すると、極性検出信号ＫＳが表示部４に表示さ
れる。したがって、被験者は、表示部４を見ながら手動
位置変更機構２を操作することによって、脈波検出部５
を橈骨動脈の上に位置決めすることができ、これによ
り、脈波波形Ｍを良好なＳＮ比で検出することできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脈波を検出する脈
波検出方法および装置に関し、特に操作者の熟練度など
によらず安定な脈波の検出ができる脈波検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】脈波検出装置の一つとして、橈骨動脈波
を検出するものがある。この種の装置においては、橈骨
動脈近傍の表皮の圧力の変化を圧力センサを用いて検出
し、これにより脈波を測定する。この場合、橈骨動脈上
の表皮に置いたセンサに加わる圧力の変化を検出してい
るので、安定した脈波検出を行うためには、３０ｍｍＨ
ｇから８０ｍｍＨｇの押圧力を加える必要があり、被験
者にとって圧迫感が強いという問題があった。

【０００３】例えば、米国特許NO.4951679に示される発
明においては、橈骨動脈の近傍に配置させた圧力センサ
を腕に対して押圧し、さらに、この押圧力を順次変化さ
せて、検出信号の振幅が最大になる押圧力を検出する。
そして、その押圧力において、脈波の検出を行ってい
る。この場合、最適な押圧力を設定することができ、必
要以上の圧力がかかることを防止することはできるが、
いずれにしても、腕に所定の圧力をかけることには変わ
りなく、圧迫感が強いという問題は解消しない。

【０００４】これに対して、強い押圧力を加える必要の
ない脈波検出装置として、超音波を用いるものや、光
（赤外線、レーザ光など）を用いるものがある。超音波
の反射波を用いる脈波検出装置にあっては、超音波を出
射するプローブを被検者の腕の外側方向より当て、動脈
血管などで反射した超音波をそのプローブで受信して脈
波の測定を行う。

【０００５】一方、光を用いて脈波を検出する脈波検出
装置においては、例えば、発光ダイオードから体内に向
けて光を送出し、その反射光（皮下組織などによる反射
光）の光量を検出する。この場合、発光ダイオードから
放射された光の一部は、血管内のヘモグロビンに吸収さ
れるため、その反射光量は血管内の血液容量に関係した
ものとなり、脈波として検出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波を用
いた従来の脈波検出装置では、超音波を送波および受波
するプローブと血流のなす角度に応じて反射波の検出値
が変化する。そして、プローブの操作においては、血流
に対し一定角度を維持するのが難しく、安定した脈波の
測定が困難であった。例えば、プローブを被験者の腕の
掌側に当てた場合は、そのプローブの位置が動脈血管に
対して数ミリずれただけで、脈波の検出が困難となって
しまう。また、そのプローブを被験者の腕の背側に当て
た場合は、脈波の検出に必要なＳＮ比を確保することが
できない。

【０００７】また、レーザや発光ダイオードを用いる装
置においても、照射光が動脈に照射されなければ、脈波
波形の検出に必要なＳＮ比を確保することができなかっ
たり、あるいは、安定した脈波波形を検出することがで
きない。

【０００８】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、操作者に圧迫感を強いることなく、かつ、
操作者の熟練度などの影響を受けず正確で安定した脈波
を検出することができる脈波検出装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明にあっては、脈波検出手段を
用いて生体の検出部位から脈波波形を検出する脈波検出
法において、前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、
前記検出部位に光を照射する発光部とその反射光を受光
する受光部とからなる位置決めセンサから出力される脈
波波形に基づいて、前記脈波検出手段と前記検出部位と
の相対位置関係を変更することを特徴とする。

【００１０】また、請求項２に記載の発明にあっては、
生体の検出部位から脈波波形を検出する脈波検出手段
と、前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出
部位に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光
部とからなる位置決めセンサと、前記位置決めセンサお
よび前記脈波検出手段と、前記検出部位との相対位置関
係を変更する位置変更手段と、前記位置決めセンサから
出力される脈波波形の振幅極性を検出する極性検出手段
と、前記極性検出手段の検出結果を告知する告知手段と
を備えることを特徴とする。

【００１１】また、請求項３に記載の発明にあっては、
生体の検出部位から脈波波形を検出する脈波検出手段
と、前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出
部位に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光
部とからなる位置決めセンサと、前記位置決めセンサか
ら出力される脈波波形の振幅極性を検出する極性検出手
段と、前記極性検出手段によって検出される振幅極性が
反転するように、前記位置決めセンサおよび前記脈波検
出手段と前記検出部位との相対位置関係を変更する位置
変更手段とを備えることを特徴する。

【００１２】また、請求項４に記載の発明にあっては、
前記位置決めセンサによって検出される脈波波形から体
動を除去して体動除去脈波波形を生成する体動除去手段
を備え、前記極性検出手段は、前記体動除去脈波波形に
基づいて極性を検出することを特徴とする。

【００１３】また、請求項５に記載の発明にあっては、
生体の検出部位から脈波波形を検出する脈波検出手段
と、前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出
部位に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光
部とからなる位置決めセンサと、前記位置決めセンサと
前記検出部位との相対位置関係を変更する位置変更手段
と、前記位置決めセンサから出力される脈波波形の振幅
極性を検出する極性検出手段と、前記位置決めセンサか
ら出力される脈波波形の振幅を検出する振幅検出手段
と、前記極性検出手段の検出結果と前記振幅検出手段の
検出結果を告知する告知手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１４】また、請求項６に記載の発明にあっては、
生体の検出部位から脈波波形を検出する脈波検出手段
と、前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出
部位に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光
部とからなる位置決めセンサと、前記位置決めセンサお
よび前記脈波検出手段と、前記検出部位との相対位置関
係を変更する位置変更手段と、前記位置決めセンサから
出力される脈波波形の振幅極性を検出する極性検出手段
と、前記位置決めセンサから出力される脈波波形の振幅
を検出する振幅検出手段と、前記極性検出手段によって
検出される振幅極性が反転し、かつ、前記振幅検出手段
によって検出される振幅が最大となるように、前記位置
決めセンサおよび前記脈波検出手段と、前記検出部位と
の相対位置関係を変更する位置変更手段とを備えること
を特徴とする。

【００１５】また、請求項７に記載の発明にあっては、
前記位置決めセンサからの脈波波形から体動を除去して
体動除去脈波波形を生成する体動除去手段を備え、前記
極性検出手段は前記体動除去脈波波形に基づいて極性を
検出するとともに、前記振幅検出手段は前記体動除去脈
波波形に基づいて振幅を検出することを特徴とする。

【００１６】また、請求項８に記載の発明にあっては、
前記体動除去手段は、前記生体の体動を検出する体動検
出部と、前記体動検出部によって検出された体動波形の
周波数解析を行う第１の周波数解析部と、前記位置決め
センサからの脈波波形の周波数解析を行う第２の周波数
解析部と、前記第１の周波数解析部によって解析された
周波数解析結果と、前記第２の周波数解析部によって解
析された周波数解析結果とを比較して、前記体動除去脈
波波形を生成する体動除去部とを備えたことを特徴とす
る。

【００１７】また、請求項９に記載の発明にあっては、
前記第１の周波数解析部と前記第２の周波数解析部は、
ＦＦＴを用いて周波数解析を行うことを特徴とする。ま
た、請求項１０に記載の発明にあっては、前記位置変更
手段は、少なくともＦＦＴが行える最小単位時間以上の
停止時間をもって移動することを特徴とする。

【００１８】また、請求項１１に記載の発明にあって
は、前記第１の周波数解析部と前記第２の周波数解析部
は、ウエーブレット変換を用いて周波数解析を行うこと
を特徴とする。また、請求項１２に記載の発明にあって
は、前記体動除去手段は、前記位置決めセンサからの脈
波波形の周波数解析を行う周波数解析部と、前記周波数
解析部によって解析された周波数解析結果のうち低域成
分を除去した周波数成分に基づいて、前記体動除去脈波
波形を生成する体動分離部とを備えたことを特徴とす
る。

【００１９】また、請求項１３に記載の発明にあって
は、前記周波数解析部は、ＦＦＴまたはウエーブレット
変換を用いて周波数解析を行うことを特徴とする。。ま
た、請求項１４に記載の発明にあっては、前記脈波検出
手段は、圧力センサであることを特徴とする。また、請
求項１５に記載の発明にあっては、前記脈波検出手段
は、光学式センサであることを特徴とする。

【００２０】また、請求項１６に記載の発明にあって
は、前記脈波検出手段と前記位置決めセンサとを兼用し
たことを特徴とする。また、請求項１７に記載の発明に
あっては、前記脈波検出手段と前記位置決めセンサとの
検出波長を、３００ｎｍから６００ｎｍの波長領域中に
設定したことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】

Ａ．原理 まず、本発明に係わる橈骨動脈の位置検出方法について
説明する。図１は、橈骨動脈の立体模型図である。血液
は内皮１００の中を流れる。内皮１００は内膜１０１に
覆われており、その外側には内弾性板１０２が形成され
ている。内弾性板１０２と外弾性板１０４の間には、内
膜１０３が形成されている。内膜１０３は密に並んだ平
滑筋で構成されている。外弾性板１０４の外側には外膜
１０５が形成されており、外膜１０５の内部に細動脈Ａ
Ｒが形成されている。橈骨動脈が収縮すると、内弾性板
１０２，外弾性板１０４は強く波うち、それが拡張する
とまっすぐ伸びる。こうした脈動によって橈骨動脈は血
液を組織に供給するが、橈骨動脈自体にも血液を供給す
る必要がある。この役割を担うのが、細動脈ＡＲであ
る。また、図２は、橈骨動脈、細動脈および毛細血管の
関係を模式的に示す断面図である。この図において、Ｒ
Ａは、内皮１００と内膜１０１からなる橈骨動脈の内
壁、ＡＲは細動脈、ＣＡ，ＣＡ’は毛細血管、Ｓは皮膚
である。図に示すように、橈骨動脈の内壁ＲＡの外側に
は細動脈ＡＲが形成されており、また、皮膚Ｓの内部に
は多数の毛細血管ＣＡ，ＣＡ’が形成されている。この
例では、橈骨動脈の内壁ＲＡと皮膚Ｓの間にある毛細血
管に符号ＣＡ’を、橈骨動脈の内壁ＲＡから離れた位置
にある毛細血管に符号ＣＡをふしてある。毛細血管Ｃ
Ａ，ＣＡ’は網目状になっており、橈骨動脈によって運
ばれた血液を組織の隅々にまで供給している。このた
め、橈骨動脈から検出される脈波波形と毛細血管ＣＡか
ら検出される脈波波形は、多少の時間遅れがあるもの
の、その振幅極性は一致している。

【００２２】ところで、橈骨動脈には、心臓の収縮拡張
によって送り出される血液流が流れるので、図３に示す
ような脈動が末梢部に向けて８〜１６ｍ／ｓで進行して
いく。ここで、位置Ｘ１のように橈骨動脈の内壁ＲＡが
脈動によって拡張すると、その近傍にある細動脈ＡＲと
毛細血管ＣＡ’は橈骨動脈の内壁ＲＡに圧迫されて虚血
状態となる。一方、位置Ｘ２のように橈骨動脈の内壁Ｒ
Ａが拡張していない状態にあっては、細動脈ＡＲと毛細
血管ＣＡ’は橈骨動脈の内壁ＲＡに圧迫されないので、
通常の血液流が流れる。

【００２３】このため、橈骨動脈の脈波波形と細動脈Ａ
Ｒおよび毛細血管ＣＡ’の脈波波形は、その振幅極性が
反転したものとなる。一方、上述したように橈骨動脈の
脈波波形と毛細血管ＣＡの脈波波形では、振幅極性が一
致したものとなる。したがって、毛細血管ＣＡの脈波波
形と細動脈ＡＲの脈波波形は、その振幅極性が反転した
ものとなる。図４（ａ）は毛細血管ＣＡの脈波波形を、
図４（ｂ）は細動脈ＡＲの脈波波形を各々示したもので
ある。

【００２４】手腕の周りの皮膚Ｓの上から、ごく浅い内
部の脈波波形を計測すると、図２に示すように毛細血管
ＣＡの脈波波形が計測される領域Ｗ１，Ｗ３と、細動脈
ＡＲおよび毛細血管ＣＡ’の脈波波形が計測される領域
Ｗ２がある。ここで、位置Ｘｓから位置Ｘｅに向けて
（周方向に）脈波波形を計測していくと、領域Ｗ２にお
いて脈波波形の振幅極性が反転することとなる。したが
って、脈波波形の振幅極性が反転する位置を検知するこ
とによって、橈骨動脈の位置を特定することができる。

【００２５】本発明者らは、以上説明したように医学的
な見地から毛細血管ＣＡ，ＣＡ’、橈骨動脈の内壁Ｒ
Ａ、および細動脈ＡＲを考察した結果に着目して、橈骨
動脈の位置を簡易に特定する脈波検出法を開発した。こ
の脈波検出法の要点は、脈波検出手段を用いて生体の検
出部位から脈波波形を検出する際に、脈波検出手段の近
傍に取り付けられ、検出部位に光を照射する発光部とそ
の反射光を受光する受光部とからなる位置決めセンサを
設け、位置決めセンサから出力される脈波波形に基づい
て、脈波検出手段と検出部位との相対位置関係を変更す
るものである。

【００２６】Ｂ．機能構成 次に、本実施形態に係わる脈波検出装置の機能を説明す
る。図５は本実施形態に係わる脈波検出装置の機能ブロ
ック図である。図において、ｆ１は脈波検出手段であっ
て、生体の検出部位から脈波波形を検出する。例えば、
光学式脈波センサや圧力センサ等が該当する。また、ｆ
２は振幅検出手段であって、脈波検出手段によって検出
された脈波波形の振幅値を検出する。

【００２７】ｆ３は位置決めセンサであって、脈波検出
手段ｆ１と一体に取り付けられ、検出部位に光を照射す
る発光部とその反射光を受光する受光部とから構成され
ている。この位置決めセンサｆ３によって、毛細血管Ｃ
Ａと細動脈ＲＡおよび毛細血管ＣＡ’の脈波波形が検出
される。

【００２８】また、ｆ４は極性検出手段であって、位置
決めセンサｆ２から出力される脈波波形の振幅極性を検
出する。これにより、脈波波形の振幅極性が反転した位
置を特定することができる。また、ｆ５は位置変更手段
であって、位置決めセンサｆ２および脈波検出手段ｆ１
と検出部位との相対位置関係を変更する。変更の態様と
しては、被験者が操作するものと、極性検出手段ｆ３の
検出結果に基づいて自動的に位置制御を行うものとがあ
る。自動変更を行う場合には、図中点線で示すように、
極性変更手段ｆ４によって検出された振幅極性や振幅検
出手段ｆ２によって検出された振幅値に基づいて位置変
更手段ｆ５は位置変更を行う。

【００２９】また、ｆ６は告知手段であって、脈波検出
手段ｆ１によって検出された脈波波形、脈波波形に基づ
いて求められた生体の状態を示す生態情報、極性検出手
段ｆ３および振幅検出手段ｆ２検出結果等を告知する。
位置変更手段ｆ４が手動によるもので構成される場合に
は、被験者は告知手段ｆ３によって、脈波検出手段ｆ１
が適切な位置にあるか否かを知ることができる。

【００３０】Ｃ．第１実施形態 以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係わ
る脈波検出装置を説明する。 １．第１実施形態の構成 １−１：電気的構成 図６は、第１実施形態に係わる脈波検出装置の電気的構
成を示すブロック図である。図において、１は位置決め
センサであって、毛細血管ＣＡ，ＣＡ’および細動脈Ａ
Ｒの脈波波形ＭＨを検出する。位置決めセンサ１は、図
７に示すようにＬＥＤ３２（発光部）、フォトトランジ
スタ３３（受光部）などから構成される。この図におい
て、スイッチＳＷがｏｎ状態となり、電源電圧が印加さ
れると、ＬＥＤ３２から光が照射され、血管や組織によ
って反射された後に、フォトトランジスタ３３によって
受光され、脈波波形ＭＨが検出される。ここで、ＬＥＤ
の発光波長は、血液中のヘモグロビンの吸収波長ピーク
付近に選ばれる。このため、受光レベルは血流量に応じ
て変化する。したがって、受光レベルを検出することに
よって、脈波波形を検出できる。

【００３１】また、ＬＥＤ３２としては、ＩｎＧａＮ系
（インジウム−ガリウム−窒素系）の青色ＬＥＤが好適
である。青色ＬＥＤの発光スペクトルは、例えば４５０
ｎｍに発光ピークを有し、その発光波長域は、３５０ｎ
ｍから６００ｎｍまでの範囲にある。この場合には、か
かる発光特性を有するＬＥＤに対応させてフォトトラン
ジスタ３３として、ＧａＡｓＰ系（ガリウム−砒素−リ
ン系）のフォトトランジスタを用いればよい。このフォ
トトランジスタ３３の受光波長領域は、例えば、主要感
度領域が３００ｎｍから６００ｎｍまでの範囲にあっ
て、３００ｎｍ以下にも感度領域がある。このような青
色ＬＥＤとフォトトランジスタ３３とを組み合わせる
と、その重なり領域である３００ｎｍから６００ｎｍま
での波長領域において、脈波が検出される。この場合に
は、以下の利点がある。

【００３２】まず、細動脈ＡＲは橈骨動脈の血管壁を外
側から取り巻くように形成されており、また、橈骨動脈
の内壁ＲＡと皮膚Ｓの間に毛細血管ＣＡ’が形成されて
いる。このため、仮に細動脈ＡＲおよび毛細血管ＣＡ’
の脈波波形ＭＨを検出する目的で照射した光が橈骨動脈
の内壁ＲＡの内部まで届くと、その血液流を検出してし
まう。橈骨動脈の脈波波形と毛細血管ＣＡの脈波波形の
振幅極性は、上述したように同一であるから、照射光が
橈骨動脈ＲＡの内部まで届くと、腕の周方向に位置決め
センサ１を移動させても、橈骨動脈の位置で脈波波形Ｍ
Ｈの振幅極性の反転せず、橈骨動脈の位置を特定するこ
とができない。しかし、波長領域が７００ｎｍ以下の照
射光は、生体の組織を透過しにくい傾向があり、皮膚表
面から２ｍｍ〜３ｍｍ程度までしか届かない。また、橈
骨動脈は、皮膚の表面から３ｍｍ以上深い所にあるのが
通常である。したがって、検出光の範囲（照射光と受光
感度が重複する範囲）を３００ｎｍから６００ｎｍまで
の波長領域に設定すると、橈骨動脈の血液流の影響を受
けることなく毛細血管ＣＡと細動脈ＡＲおよび毛細血管
ＣＡ’の脈波波形ＭＨを検出することができる。

【００３３】また同様に、外光に含まれる光のうち、波
長領域が７００ｎｍ以下の光は、生体の組織を透過しに
くい傾向があるため、外光が遮光部分（後述するバン
ド）で覆われていない皮膚に照射されても、生体の組織
を介してフォトトランジスタ３３まで到達せず、検出に
影響を与えない波長領域の光のみがフォトトランジスタ
３３に達する。一方、３００ｎｍより低波長領域の光
は、皮膚表面でほとんど吸収されるので、受光波長領域
を７００ｎｍ以下としても、実質的な受光波長領域は、
３００ｎｍ〜７００ｎｍとなる。したがって、検出部位
を大掛かりに覆わなくとも、外光の影響を抑圧すること
ができる。

【００３４】また、血液中のヘモグロビンは、波長が３
００ｎｍから７００ｎｍまでの光に対する吸光係数が大
きく、波長が８８０ｎｍの光に対する吸光係数に比して
数倍〜約１００倍以上大きい。したがって、この例のよ
うに、ヘモグロビンの吸光特性に合わせて、吸光特性が
大きい波長領域（３００ｎｍから７００ｎｍ）の光を検
出光として用いると、その検出値は、血量変化に応じて
感度よく変化するので、血量変化に基づく脈波波形ＭＨ
のＳ／Ｎ比を高めることができる。

【００３５】次に、２は手動位置変更機構であって、位
置決めセンサ１の橈骨動脈に対する相対的な位置関係を
手動によって変更できるようになっている。この例にお
ける手動位置変更機構２は機械的な構成であるので、こ
の点については後述する。

【００３６】次に、３は脈波波形ＭＨの振幅極性を検出
して極性検出信号ＫＳを出力する極性検出部である。図
８は、極性検出部２の回路図である。図に示すように極
性検出部３は、＋Ｖ，−Ｖの電源電圧が供給されるオペ
アンプ３０、抵抗３１，３２から構成されている。オペ
アンプ３０の正入力には、その出力が抵抗３１，３２を
介して正帰還されており、これによりヒシテリシスコン
パレータが構成される。ヒシテリシスコンパレータは２
つの閾値Ｌ１，Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）を持ち、その出力信
号は入力信号がＬ１を越えるとハイレベルとなり、Ｌ２
を下回るとローレベルとなる。この例において、抵抗３
１，３２の値をＲ１，Ｒ２とすれば、Ｌ１，Ｌ２は以下
の式で与えられる。 Ｌ１＝＋Ｖ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）、Ｌ２＝−Ｖ・Ｒ２
／（Ｒ１＋Ｒ２） したがって、脈波波形ＭＨが閾値Ｌ１を上回れば極性検
出信号ＫＳはハイレベルとなり、脈波波形ＭＨが閾値Ｌ
２を上回れば極性検出信号ＫＳはローレベルとなる。

【００３７】次に、４は表示部であって、液晶表示装置
によって構成される。そこには、極性検出部２で検出さ
れた振幅極性、また、橈骨動脈の脈波波形Ｍの振幅値、
脈拍数等の生態情報が表示される。振幅極性は、例え
ば、「＋」「−」といった記号で表示される。これによ
り、手動位置変更機構２を被験者が操作すると、位置決
めセンサ１で検出された脈波波形ＭＨの振幅極性が表示
部４に表示されるので、被験者は、振幅極性が反転した
位置、すなわち、橈骨動脈の位置を知ることができる。

【００３８】次に、５は脈波検出部であって、橈骨動脈
の内壁ＲＡの脈動を脈波波形Ｍとして検出する。この例
における脈波検出部５は、圧力センサによって構成され
ている。圧力センサは、脈動を圧力として検出するもの
であるから、脈波測定時に、脈波検出部５を皮膚の上か
ら橈骨動脈ＲＡに押しつけることができるようになって
いる。また、８は生体情報生成部であって脈波波形Ｍに
基づいて、その振幅値、脈拍数等の生体情報を生成す
る。

【００３９】以上の構成によって、被験者が手動位置変
更機構２を操作すると、位置決めセンサ１によって検出
された脈波波形ＭＨの振幅極性が極性検出部３によって
検出され、これが表示部４に表示される。橈骨動脈の内
壁ＲＡの周辺にある細動脈ＡＲおよび毛細血管ＣＡ’の
脈波波形は、毛細血管ＣＡの脈波波形ＭＨとその振幅極
性が反転したものとなるので、被験者は、表示部４に表
示される振幅極性が反転した位置を橈骨動脈の位置とし
て認識することができる。これにより、脈波検出部５を
橈骨動脈の上部に位置決めすることができる。また、よ
り正確に位置決めを行う場合には、表示部４に表示され
る脈波波形Ｍの振幅値が最大になるように位置決めを行
うことも可能である。

【００４０】１−２：機械的構成 次に、図９は、本実施形態に係わる脈波検出装置の外観
を示す斜視図である。この図に示すように、本実施形態
は腕時計の形態をとっている。ここで、図９に示す１８
は本体であり、前述した極性検出部３と表示部４を収納
している。なお、本体１８には、図示せぬ時計ＩＣが設
けられており、表示部４は図９に示すように、時計ＩＣ
が出力する時刻情報を表示する。また、１１は各種操作
を行うための操作ボタンであり、例えば、脈波を測定す
る測定モードと時刻を表示する時計モードの切り替えな
どを行う。

【００４１】また、本体１８には、一対のバンド１３
a、１３bが取り付けられており、図１０に示すように、
これらを腕に巻き付け、所定の止め金具１２で止めるこ
とにより、腕に装着される。１４は、バンド１３ａ，１
３ｂに沿って移動可能な矩形断面の筒状の摺動体であ
り、この摺動体１４内に位置決めセンサ１と脈波検出部
５が設けられている。したがって、摺動体１４を移動さ
せると、位置決めセンサ１と脈波検出部５とが一体とな
って移動する。また、脈波検出部５は半球状の形状をし
ており、位置決め時には摺動体１４の内部に陥没してい
る。そして、脈波検出部５は、ボタン１４ａを引っ張る
と突出し、押し込むと陥没するようになっている。した
がって、位置決め時には、ボタン１４ａを押し込んだ状
態で摺動部１４の位置を調整し、橈骨動脈の脈波波形を
測定する際にボタン１４ａを引っ張って脈波検出部５を
突出させる。これにより、位置決めを行う際に摺動部１
４を円滑に移動させることができるので、被験者が圧迫
感を受けることにならない。

【００４２】また、位置決めセンサ１および脈波検出部
５と本体１８との間には、図示せぬケーブルが設けられ
ており、これにより、検出された脈波波形ＭＨ，Ｍが伝
達されるようになっている。

【００４３】２．第１実施形態の動作 次に、第１実施形態の動作について説明する。まず、バ
ンド１３ａ，１３ｂを腕に巻き、止め金具１２によって
固定する。そして、操作ボタン１１を操作することによ
って、位置決めモードに設定する。この結果、位置決め
センサ１の発光部（ＬＥＤ３２）から光が被験者の腕に
照射され、その反射光が受光部（フォトトランジスタ３
３）で受光される。血管を流れる血液は、上述したよう
に光を吸収する吸光特性を持っているから、受光部が受
光する反射光の光量は、毛細血管ＣＡ，ＣＡ’や細動脈
ＡＲを流れる血液によって減衰する。その減衰量は、そ
の血管における照射光が貫く部位の血液容量の関数とな
り、すなわち、毛細血管ＣＡ，ＣＡ’や細動脈ＡＲを流
れる血液の脈波に対応したものとなる。

【００４４】ここで、摺動体１４が図２に示す位置Ｘｓ
にあり、これを位置Ｘｅまで移動させるものとする。こ
の場合、位置決めセンサ１によって検出される脈波波形
ＭＨは、摺動体１４の移動速度にもよるが、十分低速で
移動させたとすると、図１１（ａ）に示す脈波波形ＭＨ
となる。なお、同図（ａ）に示すＬ１，Ｌ２は、極性検
出部３に用いられるヒシテリシスコンパレータの閾値で
ある。

【００４５】ヒシテリシスコンパレータの出力は、脈波
波形ＭＨの振幅が閾値Ｌ１を越えるとハイレベルとな
り、閾値Ｌ２を下回るとローレベルになるから、振幅極
性検出信号ＫＳは同図（ｂ）に図示したものとなる。こ
こで、振幅極性検出信号ＫＳがハイレベルの期間Ｔ１，
Ｔ３は図２に示す領域Ｗ１，Ｗ３に対応し、一方、ロー
レベル期間Ｔ２は図２に示す領域Ｗ２に対応する。

【００４６】この場合、期間Ｔ１，Ｔ３においては表示
部４に「＋」が、期間Ｔ２においては表示部４に「−」
が表示されるが、摺動体１４の移動距離に対して橈骨動
脈の太さは小さいから、期間Ｔ２はごく短い期間とな
る。したがって、被験者は表示部４に表示される振幅極
性を見ながら摺動体１４を移動させることによって、橈
骨動脈ＲＡの位置を知ることができる。

【００４７】このようにして、橈骨動脈の上に摺動体１
４を移動させた後、図９に示すボタン１４ａを引っ張る
と、脈波検出部５が腕の側に突出する。ここで、脈波検
出部５と位置決めセンサ１は摺動体１４の回動方向と垂
直方向に取り付けられているから、位置決めセンサ１と
脈波検出部５は橈骨動脈の上に位置する。したがって、
脈波検出部５は、橈骨動脈を正確に押圧することができ
る。

【００４８】この後、操作ボタン１１を操作することに
よって、脈波検出モードに設定されると、表示部４には
脈波検出部５によって検出された脈波波形Ｍの振幅値が
表示される。ここで、被験者は脈波波形Ｍの振幅が最大
となるように、摺動体１４の位置を微調整することによ
って、より正確な脈波波形Ｍを検知することができる。

【００４９】３．第１実施形態の変形例 （１）告知手段の一例 前述のように、本実施形態によれば、表示によって脈波
検出部５と橈骨動脈の位置関係を操作者に告知するよう
にしたが、これに代えて音によって告知するように構成
してもよい。すなわち、極性検出部３の振幅極性検出信
号ＫＳに基づいて発音を行う発音手段ＶＯを設けてもよ
い。そして、発音手段においては、例えば、振幅極性検
出信号ＫＳのレベルに応じて、音量、音高、音色、など
の音の属性を変えることによって、脈波検出部５と橈骨
動脈ＲＡの位置関係を告知するように構成する。また、
音の発音間隔、例えば、ピッピッピという電子音の発音
間隔などを変化させることによって告知してもよい。

【００５０】（２）脈波検出部５の位置決め方法の一例 前述のように、本実施形態によれば、表示部４の表示を
見ながら、脈波検出部５の位置を良好に設定することが
できるが、腕に装着した際の当初の位置決めにおいて
も、できるだけ橈骨動脈付近を貫通するようにした方が
好適である。そこで、一応の目安として、バンド１３ａ
にマークを付けるとよい。すなわち、図１０に示すよう
に、バンド１３ａに所定の間隔で目盛り１３ｍ、１３ｍ
……を付けておき、摺動体１４がどの目盛りの位置のと
きに伝送路Ｌが良い位置に達したかを覚えておく。そし
て、バンド１３ａ，１３ｂを腕に装着した直後に、摺動
体１４の位置をその目盛り位置に調整する。このように
すれば、測定モードに移行した後の摺動体１４の調整量
が少なくて済み、測定が迅速に行える。

【００５１】Ｃ．第２実施形態 １．第２実施形態の構成 図１２は、第２実施形態に係わる脈波検出装置の電気的
構成を示すブロック図である。本実施形態は、前述の第
１実施形態の構成における摺動体１４（手動位置変更機
構２）に代えて、自動位置変更機構１０と制御部６を設
けたものである。自動位置変更機構１０は、位置決めセ
ンサ１および脈波検出部５を腕の周方向（橈骨動脈ＲＡ
に対して直交する方向）に駆動するものであり、制御部
６によって駆動される。制御部６は、振幅極性信号ＫＳ
に基づいて、その振幅極性が反転する中央に位置決めセ
ンサ１および脈波検出部５が位置するようにパルス駆動
信号ＤＳを生成する。

【００５２】ここで、図１３は、自動位置変更機構１０
の外観を示す正面図（皮膚側）であり、図示のようにバ
ンド１３ｂが貫通している。自動位置変更機構１０の内
部は、リニアパルスモータの構成になっており、図示の
１０ｂはそのスライダである。このリニアパルスモータ
は、パルス駆動信号ＤＳによって内部コイルの励磁条件
を変更し正確に一定ピッチづつ直線的に歩進するように
なっている。スライダ１０ｂには、皮膚側に可動部１０
ｃが設けられており、この可動部１０ｃに位置決めセン
サ１と脈波検出部５が取り付けられている。可動部１０
ｃは、溝１０ａに沿って図面左右方向に１ｃｍ程度のス
トロークで移動自在である。

【００５３】２．第２実施形態の動作 以上の構成において、位置決めモードが設定されると、
制御部６は、自動位置変更機構１０を初期化するように
駆動信号ＤＳを出力する。具体的には、図１３に示す可
動部１０ｃをみぞ１０ａの右端に移動させる。

【００５４】この後、制御部６は可動部１０ｃを右から
左へ一定の速度で移動させるように自動位置変更機構１
０を制御する。この場合、可動部１０ｃの移動速度は、
脈波波形ＭＨの反転を検出できるように設定される。可
動部１０ｃが移動を開始すると、位置決めセンサ１から
の脈波波形ＭＨに基づいて、極性検出部３はその振幅極
性を検出し、振幅極性信号ＫＳを生成する。

【００５５】振幅極性信号ＫＳが制御部６に供給される
と、制御部６は振幅極性信号ＫＳが反転するまで、可動
部１０ｃを左方向へ移動させるように制御する。橈骨動
脈の内壁ＲＡの血管径は、可動部１０ｃのストローク
（１ｃｍ）に対して小さく、また、バンド１３ｂに対す
る自動位置変更機構１０の取り付け位置は、自動位置変
更機構１０の中心が橈骨動脈と略一致するように設定さ
れる。このため、可動部１０ｃの初期化時に位置決めセ
ンサ１が橈骨動脈の上部に位置することはごく稀であ
り、可動部１０ｃは初期化時に図２に示す位置Ｘｓに位
置する。したがって、初期化位置から可動部１０ｃが移
動を開始すると、まず、毛細血管ＣＡの脈波波形ＭＨが
位置決めセンサ１によって検出される。そして、さらに
可動部１０ｃが移動すると、細動脈ＡＲおよび毛細血管
ＣＡ’の脈波波形ＭＨが検出される。ここで、毛細血管
ＣＡの脈波波形ＭＨと細動脈ＡＲおよび毛細血管ＣＡ’
の脈波波形ＭＨとの振幅極性は反転するから、振幅極性
信号ＫＳが反転した時、可動部１０ｃは橈骨動脈の左端
上部に位置している。

【００５６】制御部６は振幅極性信号ＫＳの反転を検知
すると、パルス駆動信号ＤＳのパルス数のカウントを開
始し、振幅極性信号ＫＳの振幅極性が再反転するまでカ
ウントを行う。振幅極性信号ＫＳが再反転するのは、位
置決めセンサ１によって検出される脈波波形ＭＨが、細
動脈ＡＲおよび毛細血管ＣＡ’から毛細血管ＣＡに切り
替わった時である。すなわち、このタイミングにおい
て、可動部１０ｃは橈骨動脈の右端上部に位置してい
る。

【００５７】この後、制御部６は、カウントされたパル
ス駆動信号ＤＳのパルス数を半分にし、このパルス数だ
け可動部１０ｃを逆方向に移動させるようにパルス駆動
信号ＤＳを生成する。これにより、可動部１０ｃを橈骨
動脈の真上に移動させることができる。

【００５８】次に、制御部６は、可動部１０ｃに設けら
れた脈波検出部５を突出せるように制御信号ＣＳを生成
して自動位置変更機構１０に供給する。この制御信号Ｃ
Ｓを自動位置変更機構１０が検知すると、自動位置変更
機構１０は、脈波検出部５を皮膚側に突出させる。これ
により、脈波検出部５によって橈骨動脈の脈波波形Ｍが
検出される。

【００５９】以上の動作の結果、脈波検出部５は、脈波
波形Ｍが最大になる位置に制御される。本実施形態にお
いては、圧力センサによって位置決めする装置（例え
ば、米国特許NO.4951679）と異なり、位置決めを行う際
には、脈波検出部５を表皮に押しつけていないので、可
動部１０ｃを腕の表皮に沿って移動させる力は少なくて
済む。したがって、一般的なリニアパルスモータのトル
クで十分にサーボ制御が可能である。また、動脈血管の
径から、可動部１０ｃの移動距離は１ｃｍ程度あれば、
十分に脈波検出部５の最適位置を見つけることができ
る。

【００６０】３．第２実施形態の変形例 （１）第２実施形態においては、表示部４における振幅
値の表示を省略してもよい。これは、装置がサーボ機構
によって自動的に脈波検出部５を最適位置にするので、
利用者が振幅値をモニタしなくてもよいからである。た
だし、表示部４で振幅値を表示すれば、サーボ機構の動
作状況を知ることができ、また、仮にサーボ機構が故障
した場合には、手動によって脈波検出部５の位置を最適
化することができる。

【００６１】（２）第２実施形態において、脈波検出部
５で検出される脈波波形Ｍの振幅値を制御部６に供給し
（図１２中の点線を参照）、この振幅値と振幅極性信号
ＫＳに基づいてパルス駆動信号ＤＳを生成してもよい。
この場合、制御部６は振幅極性信号ＫＳの反転を検知す
ると、制御信号ＣＳを自動位置変更機構１０に供給す
る。制御信号ＣＳを自動位置変更機構１０が検知する
と、自動位置変更機構１０は、脈波検出部５を皮膚側に
突出させる。これにより、脈波検出部５によって橈骨動
脈の脈波波形Ｍが検出される。この後、制御部６は、可
動部１０ｃを右に１ピッチ移動させ、脈波波形Ｍの振幅
値が大きくなるか否かを判定する。仮に大きくなってい
たら、さらに、１ピッチ右に移動させ、振幅値が大きく
なるか否かを測定する。以後同様にして、右に移動させ
て行き、振幅値が小さくなったときは、１ピッチ左に戻
って移動を終了する。以上の動作の結果、脈波検出部５
は、脈波波形Ｍの振幅が最大になる位置に制御される。

【００６２】ところで、ランニング等の運動中にあって
は、腕に巻き付けたベルトが腕の振りよってずれること
がある。このような場合、脈波検出部５の位置が橈骨動
脈ＲＡの真上からずれてしまい、脈波波形ＭのＳＮ比が
劣化することが起こりうる。そこで、制御部６におい
て、脈波波形Ｍの振幅値が過去の平均した振幅値からあ
る値を越えて低下したこと検知し、これをトリガとし
て、再度、上述した振幅値に基づく脈波検出部５の位置
変更を行うようにしてもよい。

【００６３】Ｃ：第３実施形態 上述した第１，第２実施形態は、位置決めセンサ１で検
出された脈波波形ＭＨの振幅極性を検出し、この検出結
果に基づいて脈波検出部５の位置決めを行うものであっ
た。ところで、運動時には毛細血管ＣＡ，ＣＡ’や細動
脈ＡＲを流れる血液流は体動の影響を受けるため、脈波
波形ＭＨに体動成分が重畳し、脈波波形ＭＨの振幅が脈
動とは無関係に大きく変動する。このような場合、位置
決めセンサ１の出力に基づいて振幅極性を判定すると、
体動の影響を受けて振幅極性を正確に判定できないこと
もある。そこで、第３実施形態にあっては、体動成分を
除去した後に振幅極性を検出することにより、体動があ
る場合であっても正確に脈波検出部５の位置決めを行う
ようにしている。

【００６４】第３実施形態に係わる脈波検出装置の電気
的構成を図１４に示す。この脈波検出装置の構成は、位
置決めセンサ１と極性検出部３との間に体動除去手段７
を設けた点を除いて、上述した第２実施形態の脈波検出
装置と同様である。体動除去手段７は、脈波波形ＭＨか
ら体動波形を除去して体動除去脈波波形ＭＨ’を生成す
る。体動除去手段７の具体的な構成としては、以下の構
成例がある。

【００６５】１．構成例１ 図１５は、体動除去手段７の構成例１を示すブロック図
である。図において、７０は体動検出部であって、本体
１８（図９参照）の内部に設けられ、加速度センサ等で
構成される。体動検出部７０によって、生体の体動を示
す体動波形ＴＨが検出される。また、７１は第１の周波
数解析部であって、体動波形ＴＨに周波数解析を施し
て、体動解析データＴＫＤを生成する。一方、７２は第
２の周波数解析部であって、脈波波形ＭＨに周波数解析
を施して、脈波解析データＭＫＤを生成する。周波数解
析の手法には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）の他、ウエ
ーブレット変換等がある。この例にあっては、ウエーブ
レット変換を一例として説明する。

【００６６】一般に、信号を時間と周波数の両面から同
時に捉える時間周波数解析において、ウエーブレットは
信号の部分を切り出す単位となる。ウエーブレット変換
は、この単位で切り出した信号各部の大きさを表してい
る。ウエーブレット変換を定義するために基底関数とし
て、時間的にも周波数的にも局在化した関数ψ（ｘ）を
マザー・ウエーブレットとして導入する。ここで、関数
ｆ（ｘ）のマザー・ウエーブレットψ（ｘ）によるウエ
ーブレット変換は次のように定義される。

【数１】

【００６７】数１においてｂは、マザー・ウエーブレッ
トψ（ｘ）をトランスレート（平行移動）する際に用い
るパラメータであり、一方、ａはスケール（伸縮）する
際のパラメータである。したがって、数１においてウエ
ーブレットψ（（ｘ−ｂ）／ａ）は、マザー・ウエーブ
レットψ（ｘ）をｂだけ平行移動し、ａだけ伸縮したも
のである。この場合、スケールパラメータａに対応して
マザー・ウエーブレットψ（ｘ）の幅は伸長されるの
で、１／ａは周波数に対応するものとなる。

【００６８】 ここで、第１の周波数解析部７１の詳
細な構成について説明する。図１６は第１の周波数解析
部７１の詳細な構成を示すブロック図である。なお、第
２の周波数解析部７２も第１の周波数解析部７１と同様
に構成される。この第１の周波数解析部７１は、上記し
た数１の演算処理を行う構成であって、クロックＣＫが
供給され、クロック周期で演算処理が行われるようにな
っている。図示するように第１の周波数解析部７１は、
マザー・ウエーブレットψ（ｘ）を記憶する基底関数記
憶部Ｗ１、スケールパラメータａを変換するスケール変
換部Ｗ２、バッファメモリＷ３、トランスレートを行う
平行移動部Ｗ４および乗算部Ｗ５から構成される。な
お、基底関数記憶部Ｗ１に記憶するマザー・ウエーブレ
ットψ（ｘ）としては、ガボールウエーブレットの他、
メキシカンハット、Ｈａａｒウエーブレット、Ｍｅｙｅ
ｒウエーブレット、Ｓｈａｎｎｏｎウエーブレット等が
適用できる。

【００６９】まず、基底関数記憶部Ｗ１からマザー・ウ
エーブレットψ（ｘ）が読み出されると、スケール変換
部Ｗ２はスケールパラメータａの変換を行う。ここで、
スケールパラメータａは周期に対応するものであるか
ら、ａが大きくなると、マザー・ウエーブレットψ
（ｘ）は時間軸上で伸長される。この場合、基底関数記
憶部Ｗ１に記憶されるマザー・ウエーブレットψ（ｘ）
のデータ量は一定であるので、ａが大きくなると単位時
間当たりのデータ量が減少してしまう。スケール変換部
Ｗ２は、これを補うように補間処理を行うとともに、ａ
が小さくなると間引き処理を行って、関数ψ（ｘ／ａ）
を生成する。このデータはバッファメモリＷ３に一旦格
納される。

【００７０】次に、平行移動部Ｗ４はバッファメモリＷ
３からトランスレートパラメータｂに応じたタイミング
で関数ψ（ｘ／ａ）を読み出すことにより、関数ψ（ｘ
／ａ）の平行移動を行い関数ψ（ｘ−ｂ／ａ）を生成す
る。

【００７１】次に、乗算部Ｗ５には、図示せぬＡ／Ｄ変
換器を介して体動波形ＴＨをＡ／Ｄ変換して得た体動波
形データＴＨＤが供給される。乗算部Ｗ４は、変数１／
ａ^{1/ 2}、関数ψ（ｘ−ｂ／ａ）および体動波形データＴ
ＨＤを乗算してウエーブレット変換を行い、体動解析デ
ータＴＫＤを生成する。この例において、体動波形デー
タＴＫＤは、０Ｈｚ〜０．５Ｈｚ、０．５Ｈｚ〜１．０
Ｈｚ、１．０Ｈｚ〜１．５Ｈｚ、１．５Ｈｚ〜２．０Ｈ
ｚ、２．０Ｈｚ〜２．５Ｈｚ、２．５Ｈｚ〜３．０Ｈ
ｚ、３．０Ｈｚ〜３．５Ｈｚ、３．５Ｈｚ〜４．０Ｈｚ
といった周波数領域に分割されて出力される。なお、第
２の周波数解析部７２も、第１の周波数解析部７１と同
様に構成される。

【００７２】次に、図１５に示す７３は体動除去部であ
って、脈波解析データＭＫＤから体動解析データＴＫＤ
を減算して、体動除去脈波解析データＭＫＤ’を生成
し、これに逆ウエーブレット変換、Ｄ／Ａ変換を施して
体動除去脈波波形ＭＨ’を生成する。逆ウエーブレット
変換は、上述したウエーブレット変換と相補的な関係に
あり、そこでは以下に示す数２の演算がなされる。

【数２】

【００７３】ここで、構成例１の動作を図面を参照しつ
つ説明する。この例では、使用者が手でコップを持ち上
げた後、これを元の位置に戻した場合を想定する。この
場合、図１７（ａ）に示す脈波波形ＭＨが脈波検出部５
によって検出され、また、同時に図１７（ｂ）に示す体
動波形ＴＨが体動検出部７０によって検出されたものと
する。

【００７４】ここで、体動波形ＴＨは、時刻Ｔ１から増
加しはじめ、時刻Ｔ２で正のピークとなり、その後、次
第に減少して時刻Ｔ２でレベル０を通過し、時刻Ｔ３で
負のピークに達し、時刻Ｔ４でレベル０に戻っている。
ところで、体動波形ＴＨは加速度センサ等によって検出
されるため、時刻Ｔ３は使用者がコップを最大に持ち上
げた時刻に対応し、時刻Ｔ１は持上開始時刻に対応し、
また、時刻Ｔ４は持上終了時刻に対応する。したがっ
て、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの期間が体動が存在する
期間となる。なお、図１６（ｃ）は仮に体動がなかった
とした場合の脈波波形ＭＨ’である。また、この例にお
いて、脈波波形ＭＨの基本波周波数は、１．３Ｈｚとな
っている。

【００７５】次に、図１８〜図２０を参照して、図１７
に示す期間Ｔｃにおける脈波検出装置の動作を説明す
る。図１８は期間Ｔｃにおける脈波解析データＭＫＤを
示し、図１８に期間Ｔｃにおける体動解析データＴＫＤ
を示す。この図から、体動波形ＴＨには、０．０Ｈｚ〜
１．０Ｈｚの周波数領域において比較的大きなレベルの
周波数成分が存在していることが判る。

【００７６】脈波解析データＭＫＤと体動解析データＴ
ＫＤが、体動除去部７３に供給されると、体動除去部７
３は、脈波解析データＭＫＤから体動解析データＴＫＤ
を減算して、図２０に示す体動除去脈波解析データＭＫ
Ｄ’を生成する。これにより、体動がある場合でもその
影響をキャンセルして体動除去脈波解析データＭＫＤ’
を得ることができる。この後、体動除去部７３は体動除
去脈波解析データＭＫＤ’に逆ウエーブレット変換を施
して、図１７（ｃ）に示す体動除去脈波波形ＭＨ’を生
成する。

【００７７】このように構成例１にあっては、体動検出
部７０で検出された体動波形ＴＨに基づいて、脈波波形
ＭＨに重畳している体動成分を除去し体動除去脈波波形
ＭＨ’を生成したので、腕の振り等の体動がある場合で
あっても、正確に橈骨動脈の位置を検出することが可能
となる。この例は、脈波検出中に脈波波形Ｍの振幅値が
最大となるように、自動位置変更機構１０をフィードバ
ック制御する場合に好適である。

【００７８】２．構成例２ 構成例１においては、体動検出部７０によって体動波形
ＴＨを検出し、体動波形ＴＨにウエーブレット変換を施
した。そして、脈波波形ＭＨのウエーブレット変換の結
果と、体動波形ＴＨのウエーブレット変換の結果とを比
較して、脈波波形ＭＨの周波数成分に含まれている体動
成分をキャンセルし体動除去脈波波形ＭＨ’を生成し
た。しかし、構成例１では、体動検出部７０および第１
の周波数解析部７１が必要になるので、構成が複雑にな
る。構成例２は、この点に鑑みてなされたものである。

【００７９】図２１は、体動除去手段７の構成例２を示
すブロック図である。この例にあっては、体動除去手段
７は、第２の周波数解析部７２と体動分離部７４から構
成される。第２の周波数解析部７２については構成例１
と同一である。体動分離部７４は、脈波解析データＭＫ
Ｄから体動成分を分離除去して体動除去脈波波形ＭＨ’
を生成する。体動分離部７４は、以下に述べる体動の性
質を利用している。

【００８０】体動は、腕の上下動や走行時の腕の振り等
によって生じるが、日常生活においては、人体を瞬間的
に動かすことはほとんどない。このため、日常生活で
は、体動波形ＴＨの周波数成分はそれほど高くなく、０
Ｈｚ〜１Ｈｚの範囲にあるのが通常である。この場合、
脈波波形ＭＨの基本波周波数は、１Ｈｚ〜２Ｈｚの範囲
にあることが多い。したがって、日常生活において、体
動波形ＴＨの周波数成分は脈波波形ＭＨの基本波周波数
よりも低い周波数領域にある。

【００８１】一方、ジョギング等のスポーツ中にあって
は、腕の振り等の影響があるため、体動波形ＴＨの周波
数成分が幾分高くなるが、運動量に応じて心拍数が増加
するため、脈波波形ＭＨの基本波周波数も同時に高くな
る。このため、スポーツ中においても、体動波形ＴＨの
周波数成分は脈波波形ＭＨの基本波周波数よりも低い周
波数領域にあるのが通常である。

【００８２】体動分離部７４は、この点に着目して体動
成分を分離するものであり、脈波波形ＭＨの基本波成分
よりも低い周波数領域を無視するように構成されてい
る。この場合には、脈波波形ＭＨの基本波成分より高い
周波数領域に体動成分が存在すると脈象の検出精度が低
下する。しかしながら、上述したように体動成分は脈波
波形ＭＨの基本波成分よりも低い周波数領域にある確率
が高いので、高い精度で体動を除去することが可能であ
る。すなわち、体動分離部７４は、周波数解析結果のう
ち低域成分を除去した周波数成分に基づいて、体動除去
脈波波形ＭＨ’を生成するものである。

【００８３】図２１において、波形整形部７４１は脈波
波形ＭＨに波形整形を施して、脈波波形ＭＨと同期した
リセットパルスを生成する。カウンタ７４２は図示せぬ
クロックパルスを計数し、前記リセットパルスによって
カウント値がリセットされるようになっている。また、
平均値算出回路７４３は、カウンタ７４２のカウント値
の平均値を算出する。この平均値は、脈波波形ＭＨの平
均周期に対応する。したがって、平均値を参照すれば、
脈波波形ＭＨの基本波周波数を検知できる。

【００８４】次に、置換回路７４４は、前記平均値に基
づいて、脈波波形ＭＨの基本波周波数を含む周波数領域
を特定する。例えば、前記平均値が０．７１秒を示す場
合には、基本波周波数は１．４Ｈｚとなるので、特定さ
れる周波数領域は１Ｈｚ〜１．５Ｈｚとなる。この後、
置換回路７４４は、特定周波数領域未満の周波数領域に
ついて、脈波解析データＭＫＤを「０」に置換して体動
分離脈波データＴＢＤを生成する。これにより、脈波波
形ＭＨの基本波周波数より低い周波数領域の成分は無視
される。この場合、体動成分とともに脈波成分も「０」
に置換されてしまうが、脈波波形ＭＨの特徴的な部分は
基本波周波数よりも高域の周波数領域に存在するため、
「０」に置換しても最終的に得られる体動除去脈波波形
ＭＨ’にほとんど影響を与えない。次に、逆変換部７４
５は体動分離脈波データＴＢＤに逆ウエーブレット変換
を施して体動除去脈波波形ＭＨ’を生成する。

【００８５】このように構成例２にあっては、体動検出
部７０および第１の周波数解析部７１を用いることな
く、体動分離部７４によって体動除去脈波波形ＭＨ’を
生成したので、簡易な構成で正確に橈骨動脈の位置を検
出することが可能となる。この例は、構成例１と同様に
脈波検出中に脈波波形Ｍの振幅値が最大となるように、
自動位置変更機構１０をフィードバック制御する場合に
好適である。

【００８６】３．第３実施形態の変形例 （１）上述した第３実施形態にあっては、体動除去手段
７を用いて位置決めセンサ１からの脈波波形ＭＨより体
動を除去したが、これを脈波検出部５によって検出され
る脈波波形Ｍに適用して、体動除去脈波波形Ｍ’を生成
するようにしてもよい。

【００８７】（２）上述した第３実施形態にあっては、
第２実施形態と同様に自動位置変更機構１０を有する脈
波検出装置を一例として説明したが、第１実施形態で説
明した手動位置変更機構２を有する脈波検出装置に、体
動除去手段７を適用してもよいことは勿論である。

【００８８】（３）上述した第３実施形態にあって、ウ
エーブレット変換の出力には、各周波数領域と時間領域
には一定の関係があるので、分割する周波数領域に応じ
て検出時間が定まる。このため、自動位置変更部１０を
検出時間単位毎に間欠駆動するのが好適である。また、
周波数解析の手法としてＦＦＴを用いる場合には、自動
位置変更部１０をＦＦＴが行える検出時間単位毎に間欠
駆動するのが好適である。

【００８９】Ｄ．変形例 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではな
く、以下に述べる各種の変形が可能である。 （１）上述した各実施形態においては、脈派を検出する
生体の部位として、手首の橈骨動脈を一例として説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、脈派の
検出部位に相当する動脈はどのようなものであってもよ
い。すなわち、人の動脈には、図２２に示すように各種
のものがあるが、上述した脈派検出装置の形態を検出部
位に合わせて変形すれば、各種の動脈の位置決めを行う
ことができ、正確な脈波波形の検出が可能である。

【００９０】例えば、首の頚動脈から脈波波形Ｍを検出
する場合にあっては、図２３に示すように構成すればよ
い。この図において、３０は、アーチ状の装着部であ
り、洋服のカラーの内側部分に装着できるようになって
いる。この装着部３０の内側には、自動位置変更機構１
０が取り付けられている。自動位置変更機構１０からは
コードが引き出され、制御ボックス３５に接続されてい
る。制御ボックス３５には、表示部４や極性検出部３が
設けられている。制御ボックス３５は、例えば、洋服の
ポケットなどに入る大きさに設定されている。上述した
構成によるこの実施形態の動作は、前述した第２実施形
態と同様である。

【００９１】また、自動位置変更機構１０に代えて、第
１実施形態のように、手動で脈波検出部５を動かすかす
構成にしてもよい。また、頚動脈から脈波を検出するた
めの装着部３０としては、上述したタイプのみならず、
ネックレスの輪のような形状にしても、ネクタイのルー
プ部分の形状にしても、あるいは、首輪のような形にし
てもよい。

【００９２】（２）上述した各実施形態は、脈波検出部
５の一例として圧力センサを取り上げたが、本発明はこ
れに限定されることなく、例えば、光学式センサを使用
してもよい。光学式センサとしては、位置決めセンサ１
と同様の形式である反射型の他、透過型のセンサを使用
することもできる。また、超音波を用いたセンサを使用
してもよい。要は、動脈の脈波波形を検出できるのであ
れば、どのような形式のものを使用してもよい。

【００９３】（３）上述した各実施形態は、位置決めセ
ンサ１と脈波検出部５を別個の構成として説明したが、
両者を兼用してもよい。この場合には、脈波検出部５を
削除して位置決めセンサ１から出力される脈波波形ＭＨ
を用いて、脈拍数等の生体情報を計測して、これを表示
部４に表示できる。また、第３実施形態の変形例で説明
した体動除去を行う場合には、体動除去手段７を位置決
めセンサ１の後段に一つのみ設ければよいので、構成を
簡易にすることができる。

【００９４】（４）第２、第３実施形態で用いた自動位
置変更機構１０は、リニアパルスモータの構成を採用し
ていたが、これに代えて、機械的な構成によって可動部
１０ｃを駆動してもよい。この場合の一例を図２４に示
す。図２４において、Ｍはモータであり、５０はモータ
Ｍの軸に、軸心を共通にして取り付けられているボール
ネジである。１０ｆは受光部２が取り付けられるベース
部材であり、ボールネジ５０と螺合している。ベース部
材１０ｆは、ボールネジが回転すると、その回転方向に
応じて図面左右方向に移動する。また、その移動量はボ
ールネジ５０の回転量に比例する。また可動部１０ｃに
は、位置決めセンサ１と脈波検出部５が設けられてい
る。以上の構成により、自動位置変更機構１０は、可動
部１０ｃを腕の周方向（橈骨動脈に対して直交する方
向）に駆動する。この場合も、第２実施形態と同様に、
可動部１０ｃを表皮に押しつけていないので、腕の表皮
に沿って移動させる力は少なくて済む。したがって、一
般的な超小型モータのトルクで十分にサーボ制御が可能
である。また、可動部１０ｃの移動距離は１ｃｍ程度あ
れば、十分に最適位置を見つけることができる。

【００９５】（５）上述した各実施形態および変形例に
おいて、摺動体１４の端部に押圧脚部２ａ，２ｂを設け
るようにしても良い。この点について、図２５を用いて
説明する。図２５は光電反射型の脈派検出装置を腕に装
着状態での断面図である。この図において、本体１８の
両端に取り付けられたリストバンド１３ａ，１３ｂは、
被験者の手首に巻き付けられて、公知のフック１２２に
よって互いに締結されている。なお、フック１２２によ
り、腕時計１０の周長の調節が可能なように、すなわち
手首への締め付け力を調節可能なようにされている。

【００９６】リストバンド１３ａの裏面（手首に対向す
る面）には光学式拍動検出センサ２’が固定されてい
る。これに代えて圧力検出センサを用いてもよい。光学
式拍動検出センサ２’は送信部と受信部が一体となって
構成されている。光学式拍動検出センサ２’は、リスト
バンド１３ａ，１３ｂの締め付け力を受けて橈骨動脈２
１の真上の表皮を押圧する。

【００９７】リストバンド１３ａには、裏側に突出する
押圧脚部２ａ，２ｂが取り付けられており、押圧脚部２
ａ，２ｂの少なくとも一方はリストバンド１３ａの周方
向に沿って移動可能、かつ移動した位置で停止可能にな
されている。この場合、押圧脚部２ａ，２ｂは橈骨動脈
の両側の弾性の高い（軟らかい）表面を凹ませるから、
脈波検出部５を容易に橈骨動脈ＲＡの真上に位置決めす
ることが可能である。また、可動部１０ｃの先端は、押
圧脚部２ａ，２ｂの先端同士よりも、上方に位置してい
るため、他の組織よりも弾性の低い（硬い）橈骨動脈
が、押圧脚部２ａ，２ｂの間に簡単に位置決めされるよ
うになっている。

【００９８】したがって、このような押圧脚部２ａ，２
ｂを摺動体１４（図４、図１３等参照）の端部に設ける
ことによって概略の位置決めを行い、この後、摺動体１
４によって精密な位置決めを行うことにより、正確な位
置決めを容易に行うことができ、脈派信号のＳＮ比を向
上することができる。

【００９９】なお、橈骨動脈は皮膚の下３ｍｍ程度の位
置にあるのが通常であるから、押圧脚部２ａ，２ｂのみ
を用いて皮膚を押圧して位置決めを行っても良い。この
場合は、摺動体１４と押圧脚部２ａ，２ｂを使用する場
合と比較して脈派信号のＳＮは多少劣化するが、実用上
問題は少ない。

【０１００】（６）上述した第１実施形態あっては、位
置決めセンサ１からの脈波波形ＭＨの極性を極性検出部
３で検出して、これを表示部４に表示するようにした
が、脈波波形ＭＨを直接、表示部４に表示してもよい。
この場合、脈波検出部５が橈骨動脈の上に位置すると、
表示部４に表示される脈波波形ＭＨの振幅極性が反転す
るので、被験者は脈波検出部５の位置決めを行うことが
できる。要は、位置決めセンサ１から出力される脈波波
形ＭＨに基づいて、脈波検出手部１と生体の検出部位と
の相対位置関係を変更するものであれば、如何なる構成
を用いてもよい。

【０１０１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の発明特定
事項によれば、皮膚を押圧ことなく動脈の位置を特定す
ることができるので、被験者に負担をかけることなく、
動脈の位置を正確に特定することができ、ＳＮ比のよい
脈波を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 橈骨動脈の立体模型図である。

【図２】 橈骨動脈、細動脈および毛細血管の関係を模
式的に示す断面図である。

【図３】 橈骨動脈の脈動を示す図である。

【図４】 （ａ）は毛細血管ＣＡの脈波波形を、（ｂ）
は細動脈ＡＲの脈波波形を各々示した図である。

【図５】 本発明の実施形態に係わる脈波検出装置の機
能ブロック図である。

【図６】 第１実施形態に係わる脈波検出装置の電気的
構成を示すブロック図である。

【図７】 同実施形態に係わる位置決めセンサの回路図
である。

【図８】 同実施形態に係わる極性検出部の回路図であ
る。

【図９】 同実施形態に係わる脈波検出装置の外観を示
す斜視図である。

【図１０】 同実施形態に係わる脈波検出装置を腕に装
着した状態を示す斜視図である。

【図１１】 同実施形態において脈波波形ＭＨと極性検
出信号ＫＳの関係を示す図である。

【図１２】 第２実施形態に係わる脈波検出装置の電気
的構成を示すブロック図である。

【図１３】 同実施形態に係わる自動位置変更機構の外
観を示す正面図である。

【図１４】 第３実施形態に係わる脈波検出装置の電気
的構成を示すブロック図である。

【図１５】 同実施形態の体動除去手段７に係わる構成
例１を示すブロック図である。

【図１６】 同実施形態に係わる第１の周波数解析部７
１の詳細な構成を示すブロック図である。

【図１７】 同実施形態に係わる構成例１の動作を説明
するためのタイミングチャートである。

【図１８】 同実施形態において、期間Ｔｃにおける脈
波解析データＭＫＤを示す図である。

【図１９】 同実施形態において、期間Ｔｃにおける体
動解析データＴＫＤを示す図である。

【図２０】 同実施形態において、体動除去脈波解析デ
ータＭＫＤ’を示す図である。

【図２１】 同実施形態の体動除去手段７に係わるに構
成例２を示すブロック図である。

【図２２】 人体の動脈を示す図である。

【図２３】 変形例に係わる脈波検出装置の外観構成を
示す図である。

【図２４】 変形例に係わる自動位置変更機構１０の機
械的な構成を示す図である。

【図２５】 光電反射型の脈派検出装置を腕に装着状態
での断面図である。

【符号の説明】

１ 位置決めセンサ ２ 手動位置変更機構（位置変更手段） ３ 極性検出部（極性検出手段） ４ 表示部（告知手段） ５ 脈波検出部（脈波検出手段） ６ 制御部（位置変更手段） ７ 体動除去手段 ８ 生態情報生成部（振幅検出手段） １０ 自動位置変更機構（位置変更手段） ７０ 体動検出部 ７１ 第１の周波数解析部 ７２ 第２の周波数解析部 ７３ 体動除去部 ７４ 体動分離部 Ｍ，ＭＨ 脈波波形 ＴＨ 体動波形 ＭＨ’体動除去脈波波形

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脈波検出手段を用いて生体の検出部位か
   ら脈波波形を検出する脈波検出法において、 前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出部位
   に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光部と
   からなる位置決めセンサから出力される脈波波形に基づ
   いて、前記脈波検出手段と前記検出部位との相対位置関
   係を変更することを特徴とする脈波検出方法。
2. 【請求項２】 生体の検出部位から脈波波形を検出する
   脈波検出手段と、 前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出部位
   に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光部と
   からなる位置決めセンサと、 前記位置決めセンサおよび前記脈波検出手段と、前記検
   出部位との相対位置関係を変更する位置変更手段と、 前記位置決めセンサから出力される脈波波形の振幅極性
   を検出する極性検出手段と、 前記極性検出手段の検出結果を告知する告知手段とを備
   えることを特徴とする脈波検出装置。
3. 【請求項３】 生体の検出部位から脈波波形を検出する
   脈波検出手段と、 前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出部位
   に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光部と
   からなる位置決めセンサと、 前記位置決めセンサから出力される脈波波形の振幅極性
   を検出する極性検出手段と、 前記極性検出手段によって検出される振幅極性が反転す
   るように、前記位置決めセンサおよび前記脈波検出手段
   と前記検出部位との相対位置関係を変更する位置変更手
   段とを備えることを特徴する脈波検出装置。
4. 【請求項４】 前記位置決めセンサによって検出される
   脈波波形から体動を除去して体動除去脈波波形を生成す
   る体動除去手段を備え、 前記極性検出手段は、前記体動除去脈波波形に基づいて
   極性を検出することを特徴とする請求項２または３に記
   載の脈波検出装置。
5. 【請求項５】 生体の検出部位から脈波波形を検出する
   脈波検出手段と、 前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出部位
   に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光部と
   からなる位置決めセンサと、 前記位置決めセンサと前記検出部位との相対位置関係を
   変更する位置変更手段と、 前記位置決めセンサから出力される脈波波形の振幅極性
   を検出する極性検出手段と、 前記位置決めセンサから出力される脈波波形の振幅を検
   出する振幅検出手段と、 前記極性検出手段の検出結果と前記振幅検出手段の検出
   結果を告知する告知手段とを備えることを特徴とする脈
   波検出装置。
6. 【請求項６】 生体の検出部位から脈波波形を検出する
   脈波検出手段と、 前記脈波検出手段の近傍に取り付けられ、前記検出部位
   に光を照射する発光部とその反射光を受光する受光部と
   からなる位置決めセンサと、 前記位置決めセンサおよび前記脈波検出手段と、前記検
   出部位との相対位置関係を変更する位置変更手段と、 前記位置決めセンサから出力される脈波波形の振幅極性
   を検出する極性検出手段と、 前記位置決めセンサから出力される脈波波形の振幅を検
   出する振幅検出手段と、 前記極性検出手段によって検出される振幅極性が反転
   し、かつ、前記振幅検出手段によって検出される振幅が
   最大となるように、前記位置決めセンサおよび前記脈波
   検出手段と、前記検出部位との相対位置関係を変更する
   位置変更手段とを備えることを特徴とする脈波検出装
   置。
7. 【請求項７】 前記位置決めセンサからの脈波波形から
   体動を除去して体動除去脈波波形を生成する体動除去手
   段を備え、 前記極性検出手段は前記体動除去脈波波形に基づいて極
   性を検出するとともに、前記振幅検出手段は前記体動除
   去脈波波形に基づいて振幅を検出することを特徴とする
   請求項５または６に記載の脈波検出装置。
8. 【請求項８】 前記体動除去手段は、 前記生体の体動を検出する体動検出部と、 前記体動検出部によって検出された体動波形の周波数解
   析を行う第１の周波数解析部と、 前記位置決めセンサからの脈波波形の周波数解析を行う
   第２の周波数解析部と、 前記第１の周波数解析部によって解析された周波数解析
   結果と、前記第２の周波数解析部によって解析された周
   波数解析結果とを比較して、前記体動除去脈波波形を生
   成する体動除去部とを備えたことを特徴とする請求項４
   または７に記載の脈波検出装置。
9. 【請求項９】 前記第１の周波数解析部と前記第２の周
   波数解析部は、ＦＦＴを用いて周波数解析を行うことを
   特徴とする請求項８に記載の脈波検出装置。
10. 【請求項１０】 前記位置変更手段は、少なくともＦＦ
    Ｔが行える最小単位時間以上の停止時間をもって移動す
    ることを特徴とする請求項９に記載の脈波検出装置。
11. 【請求項１１】 前記第１の周波数解析部と前記第２の
    周波数解析部は、ウエーブレット変換を用いて周波数解
    析を行うことを特徴とする請求項８に記載の脈波検出装
    置。
12. 【請求項１２】 前記体動除去手段は、 前記位置決めセンサからの脈波波形の周波数解析を行う
    周波数解析部と、 前記周波数解析部によって解析された周波数解析結果の
    うち低域成分を除去した周波数成分に基づいて、前記体
    動除去脈波波形を生成する体動分離部とを備えたことを
    特徴とする請求項４または７に記載の脈波検出装置。
13. 【請求項１３】 前記周波数解析部は、ＦＦＴまたはウ
    エーブレット変換を用いて周波数解析を行うことを特徴
    とする請求項１２に記載の脈波検出装置。
14. 【請求項１４】 前記脈波検出手段は、圧力センサであ
    ることを特徴とする請求項２乃至１３のうちいずれか１
    項に記載の脈波検出装置。
15. 【請求項１５】 前記脈波検出手段は、光学式センサで
    あることを特徴とする請求項２乃至１３のうちいずれか
    １項に記載の脈波検出装置。
16. 【請求項１６】 前記脈波検出手段と前記位置決めセン
    サとを兼用したことを特徴とする請求項１５に記載の脈
    波検出装置。
17. 【請求項１７】 前記脈波検出手段と前記位置決めセン
    サとの検出波長を、３００ｎｍから６００ｎｍの波長領
    域中に設定したことを特徴とする請求項１６に記載の脈
    波検出装置。