(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腕に装着して皮膚表面から脈波を検出する腕携帯機器において、動脈血管の圧力による皮膚表面の変位を感知することによって脈と脈の時間的間隔を測定する圧電式脈波検出手段と、皮膚表面から体内に連続的に超音波を発して反射超音波のドップラー効果によって脈と脈の時間的間隔を測定する超音波式脈波検出手段と、前記圧電式脈波検出手段と前記超音波式脈波検出手段とを切り替える切替手段と、を有することを特徴とする腕携帯機器。
【請求項２】
前記切替手段が体の動きの有無を検出する体動検出手段を有することを特徴とする請求項１記載の腕携帯機器。
【請求項３】
前記体動検出手段が加速度センサを有する構成であることを特徴とする請求項２記載の腕携帯機器。
【請求項４】
前記圧電式脈波検出手段がＰＶＤＦフィルムを有する構成であることを特徴とする請求項１記載の腕携帯機器
【請求項５】
前記ＰＶＤＦフィルムを反り返らせて固定する構造を有することを特徴とする請求項４記載の腕携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、腕に装着して、皮膚表面からの生体情報を検出する腕携帯機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、健康に対する関心の高まりとともに、身体に装着して簡易に生体情報をセンシングする携帯機器が注目されている。例えば、超音波を利用した脈波検出ができる腕携帯機器として、ＤＥ３３４５７３９が提案されている。
図８は、従来の腕携帯機器の構成図である。従来の腕携帯機器においては、二つの超音波振動素子を並べた構造をもつプローブ８０１と、超音波発振手段８０２、受信手段８０３、信号処理手段８０４、表示手段８０５から構成されていた。
【０００３】
前記超音波発振手段８０２で生じた電気信号をプローブ８０１の送信側の超音波振動素子に印加して超音波を発生させる。前記超音波は、体内で反射されてプローブ８０１の受信側の超音波振動素子に到達して、前記受信側の超音波振動素子によって電気信号に変換される。ここで、前記超音波が体内の血液に反射して血流によるドップラー効果を受けると前記超音波の周波数が変化し、受信側の超音波振動素子にて変換される電気信号の周波数も変化する。この周波数変化を受信手段８０３で検出して、血流速の変化を検出することにより、脈波を測定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の腕携帯機器においては、下記の課題があった。
（１）  消費電流が大きくなる。
従来の腕携帯機器においては、超音波を常時、連続波として発生させて、その反射波を受信していた。従って、常時、消費電流の大きい発振回路及び受信回路を共に駆動させていなければならず、消費電流が多大となっていた。
（２）  慣性による血流の乱れに弱い。
【０００５】
従来の腕携帯機器においては、超音波ドップラー効果によって血流の速度を検出する方式であった。そのため、ランニング時の腕の横振り等の運動があった場合には、腕振りの慣性によって血管内の血液が、血液の流れる方向に不規則に移動するために、心拍による血流の速度変化を検出できない、即ち脈波を測定できなくなっていた。
【０００６】
そこで本発明の腕携帯機器においては、消費電力を低く抑えた検出方式によって、長時間のセンシングにも耐え、更に、腕の横振り運動等があっても影響をうけずに脈波測定できる、腕携帯機器を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の腕携帯機器では、脈動による皮膚表面の変位を感知することによって脈と脈の時間的間隔を測定する圧電式脈波検出手段と、皮膚表面から体内に連続的に超音波を発して反射超音波のドップラー効果によって脈と脈の時間的間隔を測定する超音波式脈波検出手段の両方の脈波検出手段を有する構成としたので、消費電流が小さい腕携帯機器を得ることができる。つまり、手首の曲げ、ねじり等の皮膚表面の変動を伴なう運動時には比較的消費電流が大きいが体動ノイズに強い超音波式脈波検出手段で脈波検出して、安静時即ち、手首の曲げ等がない時には、比較的消費電流は小さいが体動ノイズには弱い圧電式脈波検出手段で脈波検出する。
【０００８】
更に、前記圧電式脈波検出手段と前記超音波式脈波検出手段の切替には、例えば加速度センサを用いた切替手段によって、体動の有無を判断して、自動的に切換えることができる。
更に、ランニング時等、腕を大きく振ることにより血流速が乱れる時には、超音波式脈波検出手段によっては脈波検出ができなくなるので、前記切替手段によって切り替えることにより、圧電式脈波検出手段で、動脈血管の収縮による皮膚表面の脈動を直接感知することによって、脈波を検出することができる。
【０００９】
更に、前記圧電式脈波検出手段は、ＰＶＤＦフィルムを反り返らせて固定した構造なので、低消費電流で効率よく、脈動による皮膚表面の変位を検出できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の腕携帯機器の実施例を、図１〜図６を用いて説明する。
はじめに本実施例の構成要素について説明する。
図１は、本発明の１実施例に関わる腕携帯機器の斜視図である。図２は、本発明の１実施例に関わる腕携帯機器の構成図である。 外装ケース１０１を装着バンド１０２によって手首に巻き付けて、着脱可能に取り付けられるようになっている。図示していないが、前記装着バンド１０２の内部には超音波式脈波測定手段２０２のプローブ２０１および圧電式脈波測定手段２０４の圧電素子２０３が組み込まれている。前記外装ケース１０１の表面には表示手段２０７が備えられている。前記超音波式脈波測定手段２０２および前記圧電式脈波測定手段２０４から出力される信号は信号処理手段２０６によって分析される。その結果、脈拍数および、異常があった場合の警報が前記表示手段２０７に表示される。
【００１１】
図３は、本発明の実施例に関わる圧電式脈波測定手段２０４の構成図である。圧電素子２０３の出力を増幅回路３０１で増幅して出力する。  前記圧電素子２０３を手首動脈上の皮膚表面３０２に密着させる。脈動による前記皮膚表面３０２の変位によつて前記圧電素子２０３に応力が加わると、前記圧電素子２０３の逆圧電効果によって、前記応力に応じた電圧が前記圧電素子２０３の表面に発生する。この発生電圧は微小なものであるので、前記増幅回路３０１によって増幅されて出力される。前記増幅回路３０１は、例えば電界効果トランジスタ等、電圧駆動型の増幅素子を用いた回路構成とすることによって、消費電流を小さいものにすることができる。
【００１２】
図４は、本実施例の圧電素子２０３の拡大図である。ＰＶＤＦフィルム４０１を薄くて弾力性のある保護フィルム４０２で挿んで接着した構造となっている。前記ＰＶＤＦフィルム４０１には接続端子４０３が備えられている。図５は、前記ＰＶＤＦフィルム４０１の取り付け部分の拡大図である。図５に示すように、前記ＰＶＤＦフィルムを基板５０１に反り返らせて固定することにより、皮膚表面の変位を効率良く検出することが出来る。
【００１３】
なお、本実施例では、圧電素子として、ＰＶＤＦフィルムについて述べたが、圧電素子はＰＺＴ、高分子系圧電材料など、圧電効果を持ち、加えられた応力による歪みに応じて電圧を発生することができる材料であれば良い。
図６は、本発明の１実施例に関わる超音波式脈波検出手段２０２の構成図である。プローブ２０１には、発振側超音波振動素子６０１及び受信側超音波振動素子６０２が並列に備えられている。発振手段６０３は、コルピッツ型発振回路その他の発振回路であり、例えば５ＭＨｚから１０ＭＨｚの間のある一定周波数の交流電気信号を発生させる。前記発振側超音波振動素子６０１は前記交流電気信号によって振動して、前記交流電気信号と同じ周波数の超音波を発生させる。前記受信側超音波振動素子６０２は、前記超音波が体内の血流で反射した反射超音波によって振動して、前記反射超音波と同じ周波数の電気信号を発生させる。ここで、前記反射超音波は血流速によるドップラー効果によって血流速に応じた周波数変化を示す。この周波数変化を受信手段６０４によって検出する。前記受信手段６０４は周波数変化を電圧変化に変換するＦＭ復調回路である。
【００１４】
図７は、本発明の１実施例に関わる切替手段２０５の構成図である。選択手段２０５に体動検出手段７０２及び計時手段７０３が接続されている。前記体動検出手段７０２は、半導体加速度センサを用いた構成となっている。前記選択手段２０５は前記体動検出手段７０２より入力される体動信号および前記計時手段７０３より入力される時間情報をもとに、前記圧電式脈波測定手段２０３と前記超音波式脈波測定手段２０２のいずれかを選択して、後段の前記信号処理手段２０６に接続する。同時に、前記圧電式脈波測定手段２０３と前記超音波式脈波測定手段２０２のいずれかのうち、後段の前記信号処理手段２０６に接続しなかった方の脈波測定手段に制御信号を送信して、電源を遮断して動作を止める。
【００１５】
次に、本実施例の脈波センシングの動作を順を追って説明する。
前記圧電式脈波測定手段２０４の前記圧電素子２０３および前記超音波式脈波測定手段２０４のプローブは、装着バンド１０２によって、手首動脈の真上の領域に皮膚に密着させられて、固定されている。電源投入時には前記切替手段２０５は、前記圧電式脈波測定手段２０４もしくは前記超音波式脈波測定手段２０２のいずれを接続していても構わない。
【００１６】
例えばここで、前記切替手段２０５が前記圧電式脈波測定手段２０４を選択して前記信号処理手段２０６と接続させている場合、被測定者が安静状態を終えて通常の活動状態に戻った時には、前記切替手段２０５は前記体動検出手段７０２および前記計時手段７０３によって、前記圧電式脈波測定手段２０４が体動を受け得る状態に入ったことを検出する。つまり、前記計時手段７０３によって予め設定されたある一定時間の間隔の間に前記体動検出手段７０２より体動信号が一定回数入力された時は、活動状態に入ったと判断できる。そして、このように活動状態に入ったと判断した場合には、前記選択手段７０１は前記超音波式脈波測定手段２０２を選択して、前記信号処理手段２０６に接続し、同時に前記圧電式脈波検出手段２０４に制御信号を送り、動作を中止させる。これにより、手首のひねり等の体動があっても、超音波による脈波測定を行うので体動をキャンセルしつつ正確に脈波を検出することができる。
【００１７】
また、逆の場合、例えばここで、前記切替手段２０５が前記超音波式脈波測定手段２０２を選択して信号処理手段２０６と接続させている場合、被測定者が安静状態、例えば睡眠、休息などに入った時には、前記切替手段２０５は前記体動検出手段７０２および前記計時手段７０３によって、体動がないこと即ち安静状態に入ったことを検出する。つまり、前記計時手段７０３によって予め設定されたある一定時間の間隔の間に前記体動検出手段７０２より体動信号が入力されない時は、安静状態に入ったと判断できる。そして、このように安静状態に入ったと判断した場合には、前記    選択手段７０１は前記圧電式脈波測定手段２０４を選択して、前記信号処理手段２０６に接続し、同時に前記超音波式脈波測定手段２０２に制御信号を送り、動作を中止させる。これにより、手首皮膚表面の脈動による変位を前記圧電素子２０３によって検出するため、小さい消費電力で脈波を測定することができる。
【００１８】
更に、例えば、前記切替手段２０５が前記超音波式脈波測定手段２０２を選択して前記信号処理手段２０５と接続させている場合に、被測定者が腕の血管内血液の流れる方向と平行な方向への往復運動を伴う動作、例えばランニング動作などの肘を曲げた状態での腕の前後往復運動等を伴う動作に入った場合には、前記切替手段２０５は、前記体動検出手段７０２の前記加速度センサによって、血管内血流を乱すような腕の往復運動を行なっていることを検出する。そして、このような腕の往復運動を行なっていることを検出した場合には、前記選択手段７０１は前記圧電式脈波測定手段２０４を選択して、前記信号処理手段２０６に接続し、同時に前記超音波式脈波測定手段２０２に制御信号を送り、動作を中止させる。これにより、脈圧による手首皮膚表面３０２の脈動による変位を圧電素子２０３によって検出するため、腕の往復運動による慣性によって、血流が乱れることがあっても、脈波を測定することができる。
【００１９】
前記信号処理手段２０６は、前記超音波式脈波測定手段２０２もしくは前記圧電式脈波測定手段２０４から入力される脈波信号を分析処理して、一分間当たりの脈拍数を表示手段２０７に表示させる。また、前記信号処理手段２０６は、数時間、もしくは半日、一日という長時間に渡って脈波の時間間隔を記録して、その揺らぎを分析することによって、心筋梗塞等の突発的な心臓疾患を予測することができる。そのような場合、即ち脈波間隔から被測定者の危険が予知された場合には、警告を前記表示手段２０７に表示させる。
【００２０】
尚、この実施例においては、腕に装着する携帯機器の形態として脈波センサ単体のものであったが、これに限定されることなく、腕時計、その他の腕形態機器と一体化した形態のものも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は以上に説明したように、動脈血管の圧力による皮膚表面の変位を感知することによって脈と脈の時間的間隔を測定する圧電式脈波検出手段と、皮膚表面から体内に連続的に超音波を発して反射超音波のドップラー効果によって脈と脈の時間的間隔を測定する超音波式脈波検出手段との両方の脈波検出手段を有する構成としたので、体動ノイズの影響を避けながら消費電力を小さく抑えた脈波測定が可能な腕携帯機器を得る。
【００２２】
更に、切替手段に半導体加速度センサを有する構成としたので、ランニングの腕振り等、血管の血流が慣性によって乱れる場合にも、正確に脈波検出できる検出方式に切替えることが出来る機能を備えた、脈波測定が可能な腕携帯機器を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】腕携帯機器の実施例を示す斜視図である。
【図２】腕携帯機器の実施例を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の１実施例に関わる圧電式脈波測定手段２０４の構成図である。
【図４】図４は、本実施例の圧電素子２０３の拡大図である。
【図５】図５は、前記ＰＶＤＦフィルム４０１の取り付け部分の拡大図である。
【図６】図６は、本発明の１実施例に関わる超音波式脈波検出手段２０２の構成図である。
【図７】図７は、本発明の１実施例に関わる切替手段２０５の構成図である。
【図８】従来の腕携帯機器の構成図である。
【符号の説明】
２０１  プローブ
２０２    超音波式脈波測定手段
２０３    圧電素子
２０４    圧電式脈波測定手段
２０５    切替手段
２０６    信号処理手段
２０７    表示手段
３０１  増幅回路
６０１  発振側超音波振動素子
６０２    受信側超音波振動素子
６０３    発振手段
６０４    受信手段
７０１  選択手段
７０２    体動検出手段
７０３    計時手段
８０１  プローブ
８０２    超音波発振手段
８０３    受信手段
８０４    信号処理手段
８０５    表示手段
【図１】
0003592561.tif 000002
【図２】
0003592561.tif 000003
【図３】
0003592561.tif 000004
【図４】
0003592561.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003592561.tif 000007
【図７】
0003592561.tif 000008
【図８】
0003592561.tif 000009