JPS6384520A

JPS6384520A - 反射型脈拍計

Info

Publication number: JPS6384520A
Application number: JP61231864A
Authority: JP
Inventors: 義規鈴木; 伊藤　阿耶雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-04-15

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は脈拍計に係り、より詳しくは外耳道壁に光を
照射し、その反射光を検出して脈拍を検出する脈拍計に
関する。

（従来の技術）脈拍は心臓の状態を調べる上で非常に重要な計測値であ
る。従来は医者が患者の前腕部の動脈を手で圧迫し、動
脈の圧力変動より脈拍を計測することが多かったが、近
年になり圧カドランスデューサを用いて圧力変動を自動
計測し、脈拍数を計測する装置が出現してきた。これは
前腕・動脈を圧迫するカフを上腕に巻き、カフと上腕の
間に圧カドランスデューサを入れ、この圧カドランスデ
ューサに加わる動脈圧の変動より脈拍を計るものである
。

さらに、最近では心電や指先の吸光度より脈拍を計る装
置も開発されている。心電により脈拍を計る装置は、胸
や腕に電極を装着して心電波形より脈拍（正確には心拍
）を計測するものである。

指先の吸光度より脈拍を計る装置は、手の指先に吸光度
計を装着し、動脈圧の変動による指先の血液容量の変化
を吸光度として検出して、ＲＩＩ的に脈拍を計測するも
のである。これらの装置により、脈拍の自動測定が可能
になっている。

一方、スポーツ人口の増加により、運動中に心不全等の
疾病で死亡するケースが増加している現状から、健康上
危険のない適度の運動を行なえるように、運動中の脈拍
を計測する装置の要望が強まっている。しかし、従来の
脈拍計測装置はセンサを腕や胸、指先等に付けねばなら
ず、体の動きや発汗による誤計測が起こったり、センサ
により運動性が妨げられたりするため、運動中の脈拍計
測に使うことは難しい。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の脈拍計測装置は、体動１発汗による誤
計測および装着時の運動性の悪さのために、運動中の脈
拍計測は難しかった。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決し、運動中
の脈拍を簡単に計測できる脈拍計を提供することを目的
とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、生体に光を照射する光源と、この光源から出
射され生体で反射された光を受光する受光器を、外耳道
に挿入される挿入部に、外耳道壁を臨むように保持する
保持具を備えたことを特徴とする。

（作用）外耳道への挿入部に設けられた光源から出射された光は
、外耳道壁に照射される。外耳道壁の表面は身体の他の
場所と同じく表在性血管網が走っているため、血圧の増
減によるヘモグロビン量の増減により反射率が変化して
いる。従って、外耳道壁での反射光を受光器で受け、こ
の受光器の出力信号変化を検出すれば脈拍を検出するこ
とができる。

この場合、外耳道壁に挿入された保持具により、光源お
よび受光器と外耳道壁の位置関係は体動等によらず安定
に保たれ、しかも外耳道は人間の体表の中でも発汗が特
に少ないことから、反射光が汗による影響を受けること
が少ない。

（実施例）第１図は本発明の一実施例に係る反射型脈拍計の構成を
示したものである。図中１は被測定者の頭部−断面であ
り、外耳道２に保持具３の一部３ａが挿入されている。

保持具３はスポンジ状の合成樹脂により作られ、挿入部
３ａが外耳道壁に密着することにより、外耳道との相対
位置がずれないように構成されている。

保持具３には光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）４
と、受光器としてのフォトダイオード５が、その発光面
および受光面が挿入部３ａの周面上に露出し、外耳道壁
を臨むように埋め込まれており、ＬＥＤ４から出て外耳
道壁の表皮で反射した光がフォトダイオード５で受光さ
れるようになっている。なお、この例ではＬＥＤ４とフ
ォトダイオード５は個別のチップにより構成され、かつ
その発光面および受光面が外耳道壁の表面に対して所定
の距離だけ離れるように設けられている。これはＬＥＤ
４とフォトダイオード５を別々のチップで構成すると、
両者間がどうしてもある距離だけ離れることを考慮して
、ＬＥＤ４から出て外耳道壁で反射された光がフォトダ
イオード５に確実に入射できるようにするためである。

ＬＥＤ４は例えば発光中心波長λ−５６５ｎｆｆｌ、出
力２、５ｍＷのものが用いられる。勿論、他の光源を用
いてもかまわない。

第５図に示すように、ＬＥＤ４から出射された光の一部
は外耳道壁の表皮表面で反射されるが、残りの一部は表
皮組織あるいは表在性血管まで浸達し、散乱・吸収され
る。表皮組織、表在性血管あるいは他の組織で散乱され
た光の一部は、外耳道壁表面より再び体外に出射され、
外耳道表皮表面で反射された光と同様に、反射光として
フォトダイオード５で受光される。体内組織で散乱・反
射される光は組織での光吸収が大きいと少なくなり、光
吸収が少なくなると多くなる。生体組織で光吸収を起こ
す物質の主なものはヘモグロビンであり、ヘモグロビン
の光吸収の大きな波長では反射光量が少なくなる。

ヘモグロビン（および酸化ヘモグロビン）の吸光特性の
一例を第３図に示す（文献１；合弁　寛「生体物性−光
学特性」、医用電子と生体工学。

第１５巻第１号、　ｐｐＡ８−５６より）。図に示すよ
うに、〜４３０ｎｍ、５００ｒｖ　〜６００ｎｍの波長
で吸収が多くなっている。

このようなヘモグロビンの吸光スペクトルのために、皮
膚の反射率は第４図に示されるようなものとなる（文献
２　：　Ｊ　、Ｇ　１ｌｔｖｅｌｔ　ｅｔ　ａｌ。

“Ｐｕ１ｓｅｄ　ｍｕｌｔｉｒｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｐｈ
ｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｏｒａｐｈ”Ｍｅｄ、　＆　
Ｂ　ｉｏｌ、Ｅ　ｎＱ、　＆　Ｃｏｍｐｕｔ、１９８４
．ｖｏｌ　２２゜１）Ｉ）、２１２−２１５より）。第
４図において、矢印で示した部分かヘモグロビンにより
反射率が低下している部分である。このようなヘモグロ
ビンの吸光により反射率が低下している波長領域で皮膚
の反射率を測定すると、血圧の増減によるヘモグロビン
ｍの増減によって、反射率が変化する。

ここで、心臓の拍動に伴う血圧の上昇、下降により、外
耳退壁表層組織の血液量は増減する。そのためヘモグロ
ビンの吸収の大きな波長で反射光を計測すると、血圧の
上昇・下降に伴い、反射光量が減少・増加することにな
る。すなわち、反射光量の計測により、脈拍が計測でき
ることになる。

一方、表皮等の組織の光浸達度は長波長になる程大ぎく
、５００ｎｍ以上の波長の光では２３０μｍ以上も浸達
し、表在性の血管にも光が到達する。しかし、４３０ｎ
ｍ以下の波長の光では表皮の光浸達度は低く、１００μ
ｍ以下しか浸達しない。このため、４３０ｎｍ以下の波
長の光では表在性の血管に達する光は少なく、血圧の変
化による反射光量の変化は小さい。

従って、脈拍をＳ／Ｎ良く計測するためには、５００ｒ
＋ｍ〜６００ｎｒａの波長の光を用いることが適当であ
り、本実施例においても発光中心波長５６５ｎｍのＬＥ
Ｄを用いた。

また、４５’Ｏｎｍ以下の紫外領域に近い波長の光では
、人体への長期照射を続けると皮膚癌等の危害を与える
可能性もあるので、この点からも照射する光としては５
００ｎｍ〜６００ｎｉの波長の光が適当である。より好
ましくは、酸化ヘモグロビンの吸収ピーク波長である５
４０ｎｌ近辺あるいは５７０ｎｌ近辺の光が最適である
。

なお、ＬＥＤ４はＬＥＤ駆動回路８より定電流が供給さ
れており、時間的な照度変動が少なくされている。

フォトダイオード５の出力信号はケーブル７を介して検
出手段に導かれ、まず電流−電圧変換器（１−Ｖ変換器
）９により適当な大きさの電圧信号に変換される。この
１−Ｖ変換器９からの出力信号は、皮膚からの反射光以
外に太陽光あるいは室内灯照明光等の外光が含まれてい
たり、体動による反射率の変動成分が含まれていたりす
るため、フィルタ（バンドパスフィルタ＞１０により脈
拍の信号成分が抽出される。脈拍は一般に４０〜１５０
回／分程度であるので、フィルタ１０には０．６Ｈｚ〜
２．５Ｈｚの周波数成分を通すバンドパスフィルタを用
いている。脈拍の測定条件によっては、フィルタ１０を
省略しても構わない。

フィルタ１０の出力信号は、二つの信号系路に別れて比
較器１１に入力される。すなわち、一方の経路では信号
処理を受けることなく比較器１１の一方の入力に直接入
力され、他方の経路ではピークホールド回路１２および
アッテネータ１３を経て比較器１１の入力に閾値として
入力される。

第２図（ａ＞の実線がフィルタ１０の出力信号波形であ
り、これを同図（ａ）のようにアッテネータ１３の出力
を閾値ｖｔｈとして比較器１４で判定した結果が同図（
ｂ）である。こうして得られた比較器１４の出力信号は
カウンタ１４に入力され、ここで単位時間当り（例えば
１分当り）の脈拍数が求められ、表示器１５で表示され
る。

また、比較器１１の出力信号はゲート回路１７にも入力
され、可聴帯域で発振している発振器１６の出力信号を
通過させる。このゲート回路１７の出力信号は保持具３
の挿入部３ａの先端部に埋め込まれたトランデューサ２
により、音に変換される。すなわち、脈拍に同期してト
ランデューサ２から可聴音が出されることになる。

なお、第１図においてピークホールド回路１２にはタイ
ミング回路１８から定期的にリセット信号が入力されて
いる。これにより被測定者の体動や、外光等によりａ　
ｉｉ　ｖ　ｔｈが誤って高い値に設定された場−合でも
、このリセットにより速やかに正常動作に復帰すること
ができる。

また、第１図においてＬＥＤ駆動回路８．１−■変換器
９．フィルタ１０．比較器・１１．ピークホールド回路
１２．アッテネータ１３．カウンタ１４、表示器１５１
発振器１６．ゲート回路１７およびタイミング回路１８
からなる電子回路部は例えば小型のケースに収納され、
被測定者の胸ポケット等に携行されて持運びできるよう
になっている。なお、これらの電子回路部を保持具３に
埋込み、携行性をさらに良くすることもできる。

上述したような反射型脈拍計を用いることにより、被測
定者は例えばジョギング等の運動中にも自身の脈拍を音
あるいは表示で確めることができ、体力に応じた適切な
運動を行なえることになる。

本発明は上記実施例以外にも種々の変形実施が可能であ
る。例えば保持具３としては第１図に示した構造に代え
て、第６図に示す構造のものを用いてもよい。第６図に
おいてはＬＥＤ４およびフォトダイオード５は比較的硬
質の樹脂からなる棒状の第１の保持具２１と、この第１
の保持具２１の周面を覆うように設けられ外耳道壁に密
着する比較的軟質（スポンジ状）の樹脂等の部材からな
る第２の保持具２２とにより構成されている。第１の保
持具２１の先端部は第２の保持具２２から露出し、この
露出部にＬＥＤ４およびフォトダイオード５が設けられ
ている。

また、上記実施例においてはＬＥＤ４とフォトダイオー
ド５が別々のチップで構成されたものを用いたが、同一
チップで構成されたものを用いてもよく、その場合両者
間の距離が非常に短くなるので、発光面および受光面が
外耳道壁に接触するようにこれらを保持具に設けること
ができる。

さらに、上記実施例においてはトランスデユーサ６から
は脈拍音しか出力されないが、いわゆるヘッドフォンス
テレオ等と組合わせて音楽等を同時に出力することも可
能である。また、脈拍に同期した音を出力する代わりに
、脈拍数の増減を音の高低として出力することも可能で
ある。

また、保持具内に体温計測用の温度センサ等、他の生体
計測センサを組込んでもよい。

［１発明の効果］本発明によれば、体動や発汗等の影響を受けることなく
、また被測定者の運動性を妨げずに、運動中の被測定者
の脈拍を簡単に検出することができる。また、本発明に
よる脈拍計は携行性が良いため、長時間の使用に際して
も被測定者の疲労が少ないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る反射型脈拍計の構成図
、第２図は検出部の動作を説明するための信号波形図、
第３図はヘモグロビンの吸光特性を示す説明図、第４図
は皮膚からの反射光のスペクトルを示す図、第５図は生
体での光の反射の様子を説明するための図、第６図は本
発明の他の実施例における保持具の構成を説明するため
の図である。１・・・頭部横断面、２・・・外耳道、３・・・保持具
、３ａ・・・挿入部、４・・・ＬＥＤ　（光源）、５・
・・フォトダイオード（受光器）、６・・・電気−音響
変換用トランスデユーサ、７・・・ケーブル、８・・・
ＬＥＤ駆動回路、９・・・Ｉ−Ｖ変換器、１０・・・フ
ィルタ、１１・・・比較器、１２・・・ピークホールド
回路、１３・・・アッテネータ、１４・・・カウンタ、
１５・・・表示器、１６・・・発振器、１７・・・ゲー
ト回路、１８・・・タイミング回路、２１．２２・・・
保持具。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第２図波　　長　　〔ｎｍ〕第３図波長［ｎｍ］第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）生体に光を照射する光源と、この光源から出射さ
れ生体で反射された光を受光する受光器と、この受光器
の出力信号から脈拍を検出する検出手段とを備えた反射
型脈拍計において、外耳道に挿入される挿入部を有し、
この挿入部に前記光源および受光器を外耳道壁を臨むよ
うに保持する保持具を備えたことを特徴とする反射型脈
拍計。
（２）光源は発光中心波長が５００ｎｍ〜６００ｎｍの
発光ダイオードであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の反射型脈拍計。
（３）検出手段は受光器の出力信号のうち０．６Ｈｚ〜
２．５Ｈｚの周波数成分を選択的に通すフィルタを有す
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の反射型脈拍計。
（４）検出手段はフィルタの出力信号が単位時間当りに
所定の閾値を越える回数をカウンタにより計数すること
により脈拍を検出するものであることを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の反射型脈拍計。
（５）フィルタの出力信号が所定の閾値を越えた際に電
気信号を発生する信号源と、この電気信号を音に変換す
るトランスデューサを有することを特徴とする特許請求
の範囲第３項または第４項記載の反射型脈拍計。
（６）トランスデューサが保持具に保持されていること
を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の反射型脈拍計
。
（７）フィルタの出力信号のピーク値を検出するピーク
ディテクタと該ピークディテクタの出力信号を減衰する
アッテネータを有し、該アッテネータの出力信号を閾値
とすることを特徴とする特許請求の範囲第３項〜第６項
のいずれかに記載の反射型脈拍計。
（８）ピークディテクタを一定時間毎にリセットするリ
セット回路を有することを特徴とする特許請求の範囲第
７項記載の反射型脈拍計。