(57)【要約】      （修正有）【課題】咀嚼のような小さな体動でもその変化を検出し、脈拍の誤検出を防止できる脈拍測定装置を提供する。【解決手段】脈拍測定装置１Ａは、外耳に照射された光の反射光を検知して脈拍検知信号ＳＤ６を出力する脈拍センサ部２０と、外耳道の変位を検知し、動き検知信号ＳＤ３を出力する動きセンサ部１０と、脈拍センサ部２０からの脈拍検知信号ＳＤ６および動きセンサ部１０からの動き検知信号ＳＤ３を受け、脈拍検知信号ＳＤ６から動き検知信号ＳＤ３を差し引いて脈拍を算出する制御部４０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外耳に装着されて脈拍を測定する脈拍測定装置であって、
外耳に照射された光のうちの生体内を透過して戻ってきた反射成分を検知して脈拍検知信号を出力する脈拍センサ部と、
外耳道の変位を検知し、動き検知信号を出力する動きセンサ部と、
前記脈拍センサ部からの前記脈拍検知信号および前記動きセンサ部からの前記動き検知信号を受け、前記脈拍検知信号から前記動き検知信号を差し引いて脈拍を算出する信号処理部とを備えている
ことを特徴とする脈拍測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の脈拍測定装置において、
前記信号処理部は、前記動き検知信号により外耳道の変位が検知されている期間を脈拍の算出期間から省いて脈拍を算出する
ことを特徴とする脈拍測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の脈拍測定装置において、
前記信号処理部は、前記動きセンサ部が外耳道の変位を検出したとき、前記脈拍検知信号から前記動き検知信号と同期している信号成分を差し引く
ことを特徴とする脈拍測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の脈拍測定装置において、
外耳道に装着され、前記脈拍センサ部および前記動きセンサ部が収容された筐体を備え、
前記脈拍センサ部は、外耳道の周壁に当接するように設けられ、該外耳道の周壁に光を照射する光学式センサを有している
ことを特徴とする脈拍測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈拍測定装置に関するものであり、特に、耳に装着されて脈拍を測定する脈拍測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脈拍センサを耳に装着し、装着した脈拍センサの発光部から耳に向かって光を照射し、生体内を透過した光を脈拍センサの受光部に受け、その受光した光の強度や透過率に基づいて脈拍を測定する技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、赤外線を発する発光素子と受光素子との間に被験者の耳たぶを挟み、その耳たぶを貫通する光の透過率に基づいて脈拍検出信号を得る技術が開示されている。そして、体動による脈拍の誤検出を防止する技術として、脈拍検出部に振動を検出する加速度センサを設け、加速度センサによって測定された体動等による振動検出信号を脈拍検出信号から差し引くことにより、正確な脈拍の測定を行う技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、耳たぶに取り付けるセンサは、装着時の違和感が大きく、見守り支援等のように、被験者が生体情報測定装置（例えば脈拍測定装置）を継続的に装着するような用途には適していない。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献２に開示されているような耳たぶ等を挟むのではなく、外耳に装着されて脈拍を測定する技術が開示されている。このものでは、外耳に装着される筐体に設けられた発光部から外耳に光を照射し、生体内を透過して戻ってくる光の強度を受光部で検出することにより脈波データを取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−９５６３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１１８９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示されているように外耳に装着されて、外耳に光を照射し、生体内を透過して戻ってくる光の強度を受光部で検出することにより脈拍を測定する技術においては、歩行や運動等による大きな動きだけでなく、小さな動き、例えば、咀嚼やあくびなどの顎の動き、眼球の動き、瞬き等によって、振動が発生したり、発光部や受光部と外耳との密着性が変化したりすることにより、脈拍の誤検出が生じるという課題がある。特に、咀嚼による外耳道等の変形によって、脈拍の誤検出が生じるという課題がある。
【０００８】
上記の課題に対して、例えば、特許文献１に記載されているような加速度センサを脈拍検出部に設けたとしても、歩行のような大きな体動に対しては振動検出信号を検出することができる一方で、咀嚼のような小さい動きの場合、振動や変形等を検出することができない。
【０００９】
上記の点に鑑み、本発明は、外耳から脈拍を測定する際に、咀嚼のような小さな体動でもその変化を検出し、より確実に脈拍の誤検出を防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１態様では、外耳に装着されて脈拍を測定する脈拍測定装置において外耳に照射された光のうちの生体内を透過して戻ってきた反射成分を検知して脈拍検知信号を出力する脈拍センサ部と、外耳道の変位を検知し、動き検知信号を出力する動きセンサ部と、前記脈拍センサ部からの前記脈拍検知信号および前記動きセンサ部からの前記動き検知信号を受け、前記脈拍検知信号から前記動き検知信号を差し引いて脈拍を算出する信号処理部とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
この第１態様によると、脈拍測定装置に外耳道の変位を検知して動き検知信号を出力する動きセンサ部を設けている。そして、信号処理部は、脈拍検知信号から動き検知信号を差し引いて脈拍を算出するため、例えば、咀嚼のような小さな体動が起こった場合においても、動きセンサ部で検知した体動成分を差し引いて脈拍を測定することができる。これにより、体動による脈拍の誤検出をより確実に防止することができる。
【００１２】
本発明の第２態様では、第１態様記載の脈拍測定装置において、前記信号処理部は、前記動き検知信号により外耳道の変位が検知されている期間を脈拍の算出期間から省いて脈拍を算出することを特徴とする。
【００１３】
この第２態様によると、外耳道の変位が検知されている期間、すなわち体動が検知されている期間は脈拍の測定を行わない。これにより、体動による脈拍測定への影響を確実に取り除くことができる。したがって、体動による脈拍の誤検出をより確実に防止することができる。
【００１４】
本発明の第３態様では、第１態様記載の脈拍測定装置において、前記信号処理部は、前記動きセンサ部が外耳道の変位を検出したとき、前記脈拍検知信号から前記動き検知信号と同期している信号成分を差し引くことを特徴とする。
【００１５】
この第３態様によると、脈拍検知信号から動き検出信号と同期している信号成分を差し引くため、脈拍検知信号から体動による影響が発生した成分をより確実に取り除くことができる。これにより、体動による脈拍の誤検出をより確実に防止するとともに、より正確な脈拍測定を行うことができる。
【００１６】
本発明の第４態様では、第１態様乃至第３態様のうちのいずれか１態様に記載の脈拍測定装置において、外耳道に装着され、前記脈拍センサ部および前記動きセンサ部が収容された筐体を備え、前記脈拍センサ部は、外耳道の周壁に当接するように設けられ、外耳道周壁に光を照射する光学式センサを有していることを特徴とする。
【００１７】
この第４態様によると、脈拍センサ部は、外耳道の周壁に当接するように設けられた光学式センサを有しており、動きセンサ部は外耳道の動きを検出するために外耳道内または外耳道の生体外側の開口付近に設けられている。すなわち、脈拍センサ部と動きセンサ部とは、近接するように一体的に筐体に設けられている。これにより、動き検知信号と脈拍検知信号との間の時間差が少なくなるため、より精度の高い信号の差し引きが可能になる。これにより、体動による脈拍の誤検出をより確実に防止するとともに、より正確な脈拍測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、小さな体動が起こった場合においても、動きセンサ部で検知した体動成分を差し引いて脈拍を測定することができるため、体動による脈拍の誤検出をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る脈拍測定装置の概念図である。
【図２】脈拍測定装置を外耳道に装着した状態を示す図である。
【図３】脈拍測定装置を外耳に装着した状態における脈拍検知信号波形および動き検知信号波形を示した図である。
【図４】脈拍測定装置を外耳に装着した状態における脈拍検知信号波形および動き検知信号波形を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用範囲あるいはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２１】
（生体情報測定装置の構成）
図１は実施形態に係る脈拍測定装置の概念図である。図１（ａ）に示すように、脈拍測定装置１Ａは、外耳道の変位を検知する動きセンサ部１０と、脈拍センサ部２０と、制御部４０とを備えている。
【００２２】
動きセンサ部１０は、光学式センサ１１と、光学式センサ１１およびグランドの間に接続された保護抵抗部１２と、微分回路１３と、増幅回路１４とを備えている。増幅回路１４と制御部４０との間はノードＮ１１によって接続されている。また、光学式センサ１１と微分回路１３との間はノードＮ１３によって接続され、光学式センサ１１と保護抵抗部１２との間はノードＮ１４によって接続されている。
【００２３】
光学式センサ１１は、外耳道に光を照射する発光素子１１ａと、外耳道からの反射光を検知する受光素子１１ｂとを備えている。本実施形態では、発光素子１１ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成されており、受光素子１１ｂは、フォトトランジスタによって構成されている例を示している。なお、発光素子は、発光ダイオードに限定されず、他の発光素子、例えば、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子等の発光素子であってもよい。また、受光素子は、フォトトランジスタに限定されず、他の受光素子、例えば、フォトダイオードやＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の受光素子であってもよい。
【００２４】
また、動きセンサ部１０に使用するセンサは、光学式センサに限定されず、例えば超音波式センサであってもよい。具体的には、図１の脈拍測定装置１Ａにおいて、光学式センサ１１の発光素子１１ａに代えて、超音波を発信する発信素子、例えば、スピーカーを設け、受光素子１１ｂに代えて、超音波を受信する受信素子、例えば、マイクロフォンを設けるようにする。それ以外の構成については、図１と同様の構成で実現できる。
【００２５】
保護抵抗部１２は、３個の並列接続された保護抵抗１２ａを備えており、各保護抵抗１２ａとグランドとの間には、後述する保護抵抗調整信号ＳＣ１をゲートに受け、保護抵抗調整信号ＳＣ１に基づいて導通／非導通をオンオフ制御するトランジスタスイッチ１２ｂが設けられている（図１（ｂ）参照）。すなわち、保護抵抗部１２は、保護抵抗調整信号ＳＣ１に基づいて、光学式センサ１１とグランドとの間の抵抗値を調整可能に構成されている。なお、保護抵抗部１２は、光学式センサ１１とグランドとの間の抵抗値が調整可能に構成されていればよく、図１（ｂ）の構成に限定されない。例えば、並列接続する保護抵抗１２ａの数は３個に限定されず、２個でもよいし、４個以上でもよい。また、並列接続される保護抵抗１２ａの抵抗値は、すべて同じでもよいし、それぞれが異なっていてもよい。また、保護抵抗１２ａに代えて、他の抵抗性素子、例えば、トランジスタのみで保護抵抗部を構成してもかまわない。また、トランジスタスイッチ１２ｂ以外のスイッチを用いてもかまわない。
【００２６】
光学式センサ１１は、外耳道６２（図２参照）に光を照射するとともに、外耳道６２（図２参照）の反射表面から反射される反射光を検知して、その反射光に基づく検知信号ＳＤ１を微分回路１３に出力する。微分回路１３は、検知信号ＳＤ１を受け、検知信号ＳＤ１の単位時間あたりの変化量を示す微分信号ＳＤ２を出力する。増幅回路１４は、微分信号ＳＤ２を受けて、その微分信号ＳＤ２を増幅して制御部４０に動き検知信号ＳＤ３として出力する。
【００２７】
脈拍センサ部２０は、光学式センサ２１と、微分回路２２と、増幅回路２３とを備えている。増幅回路２３と制御部４０との間はノードＮ１２によって接続されている。
【００２８】
光学式センサ２１は、外耳６１に光を照射する発光素子２１ａと、その照射された光のうち生体内を透過して反射されて戻ってくる反射成分（反射光）を検知する受光素子２１ｂとを備えている。本実施形態では、発光素子２１ａは、発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成されており、受光素子２１ｂは、フォトトランジスタによって構成されている例を示している。なお、発光素子は、発光ダイオードに限定されず、他の発光素子、例えば有機ＥＬ素子等の発光素子であってもよい。また、受光素子は、フォトトランジスタに限定されず、他の受光素子、例えば、フォトダイオードやＣＣＤ等の受光素子であってもよい。
【００２９】
光学式センサ２１は、外耳６１（図２（ａ）〜（ｃ）参照）に光を照射するとともに、その照射された光のうち生体内を透過して反射されて戻ってくる反射成分（反射光）を検知して、その反射光に基づく検知信号ＳＤ４を微分回路２２に出力する。微分回路２２は、検知信号ＳＤ４を受け、検知信号ＳＤ４の単位時間あたりの変化量を示す微分信号ＳＤ５を出力する。増幅回路２３は、微分信号ＳＤ５を受けて、その微分信号ＳＤ５を増幅して制御部４０に脈拍検知信号ＳＤ６として出力する。
【００３０】
制御部４０は、入力端子にノードＮ１１およびノードＮ１２が接続され、動き検知信号ＳＤ３および脈拍検知信号ＳＤ６を受けて、それらの信号をアナログデジタル変換するＡＤ変換器４１を有している。
【００３１】
ＡＤ変換器４１の入力端子には、さらにノードＮ１３が接続されており、ＡＤ変換器４１は検知信号ＳＤ１をデジタル変換する。制御部４０は、デジタル変換された検知信号ＳＤ１に基づいて、保護抵抗調整信号ＳＣ１を生成し、保護抵抗部１２のトランジスタスイッチ１２ｂのゲートに出力する。制御部４０は、保護抵抗調整信号ＳＣ１により、トランジスタスイッチ１２ｂをオンオフ制御して、保護抵抗部１２の抵抗値を変更することにより、発光素子１１ａから外耳道６２に照射される光の強度を調整する。
【００３２】
図２は生体情報測定装置を外耳道に装着した状態を示す図である。図２は被験者の顔６０の右耳近傍の断面を示しており、図２において、６１は外耳、６２は外耳道、６３は耳穴である。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれに異なる筐体５１を備えた脈拍測定装置１Ａの構成例を示した図である。
【００３３】
図２（ａ）の例では、脈拍測定装置１Ａは、動きセンサ部１０、脈拍センサ部２０および制御部４０が収容された筐体５１ａを備えている。筐体５１ａは、基体５２ａと、基体５２ａの耳への装着方向側に一体的に取り付けられた耳あて部５３ａとを備えている。耳あて部５３ａは、耳穴６３の開口よりも大きい径を有している。被験者は、外耳６１の耳珠の内側に耳あて部５３ａを押し込んで、はめ込み固定するように装着する。この装着された状態において、光学式センサ２１の発光素子２１ａおよび受光素子２１ｂは、耳穴６３の周辺部分における外耳６１に当接するように設けられている。光学式センサ１１は、耳あて部５３ａの挿入方向における中心軸上に設けられている。そして、発光素子１１ａは、耳あて部５３ａの耳挿入側端部に開口する光通過孔（図示しない）を介して外耳道に光を照射するように構成され、受光素子１１ｂは、上記の光通過孔を介して外耳道から反射された反射光を受けるように構成されている（図２（ａ）のＸ１参照）。
【００３４】
図２（ｂ）の例では、脈拍測定装置１Ａは、動きセンサ部１０、脈拍センサ部２０および制御部４０が収容された筐体５１ｂを備えている。筐体５１ｂは、図２（ａ）と同様の構成を有する基体５２ｂと、基体５２ｂの耳への装着方向側に一体的に取り付けられ、外耳道６２の内径よりも若干大きい径を有する挿入部５３ｂとを備えている。挿入部５３ｂは、使用者の耳穴６３を介して外耳道６２に挿入された際に、その外側の表面が外耳道６２の周壁に当接するように構成されている。そして、光学式センサ２１の発光素子２１ａおよび受光素子２１ｂは、挿入部５３ｂの外側の表面近傍において、外耳道６２の周壁に当接するように設けられている。光学式センサ１１は、挿入部５３ｂの挿入方向における中心軸上に設けられている。そして、発光素子１１ａは、挿入部５３ｂの耳挿入側端部に開口する光通過孔（図示しない）を介して外耳道に光を照射するように構成され、受光素子１１ｂは、上記の光通過孔を介して外耳道から反射された反射光を受けるように構成されている（図２（ｂ）のＸ２参照）。
【００３５】
図２（ｃ）の例では、脈拍測定装置１Ａは、動きセンサ部１０、脈拍センサ部２０および制御部４０が収容された筐体５１ｃを備えている。筐体５１ｃは、外耳６１の耳甲介にはめ込み可能に構成された基体５２ｃと、基体５２ｃの耳への装着方向側に一体的に取り付けられ、図２（ｂ）と同様の構成を有する挿入部５３ｃとを備えている。被験者は、外耳６１の耳甲介に基体５２ｃを押し込んで、はめ込み固定するように装着する。光学式センサ２１の発光素子２１ａおよび受光素子２１ｂは、基体５２ｃの外側の表面近傍に設けられており、上記の装着された状態において、外耳６１の耳甲介に当接するように構成されている。光学式センサ１１の構成は、図２（ｂ）と同様である。
【００３６】
このように、脈拍センサ部２０の光学式センサ２１と動きセンサ部１０の光学式センサ１１とが近接するように設けられている。これにより、動き検知信号ＳＤ３と脈拍検知信号ＳＤ６との間の時間差が少なくなるため、より精度の高い信号の差し引きが可能になる。なお、脈拍センサ部２０の光学式センサ２１と動きセンサ部１０の光学式センサ１１とが離れて設けられていてもかまわない。ただし、より精度の高い信号の差し引きを行うためには、脈拍センサ部２０の光学式センサ２１と動きセンサ部１０の光学式センサ１１とが近接するように設けられている方が好ましい。
【００３７】
また、上記の図２（ａ）〜（ｃ）において、動きセンサ部１０、脈拍センサ部２０および制御部４０は、筐体５１ａ〜５１ｃに収容されているものとしたが、動きセンサ部１０の光学式センサ１１および脈拍センサ部２０の光学式センサ２１以外の回路は、筐体５１ａ〜５１ｃの外側に設けられていてもよい。
【００３８】
（脈拍測定）
次に、脈拍測定装置１Ａを用いた脈拍測定について詳細に説明する。
【００３９】
図３は、脈拍測定装置１Ａを外耳６１に装着した状態における動き検知信号ＳＤ３および脈拍検知信号ＳＤ６の信号波形を測定した図である。図３（ａ）において、上段は脈拍検知信号ＳＤ６の信号波形を示しており、下段は動き検知信号ＳＤ３の信号波形を示している。
【００４０】
図３では、時間Ｔ１１と時間Ｔ１２との間で外耳道が変位しているものとする。具体的には、外耳道６２は、時間Ｔ１１から時間Ｔ１２にかけて、外耳道６２と受光素子１１ｂとの間の距離が離れる方向に変位した後、外耳道６２と受光素子１１ｂとの間の距離が近づく方向に変位している。
【００４１】
この外耳道の変位により、時間Ｔ１１から時間Ｔ１２にかけて、動き検知信号ＳＤ３は、その電圧が定常状態の電圧から大きくなる方向に変化した後、定常状態の電圧から小さくなる方向に変化し、その後定常状態の電圧に戻るように変化している（図３（ａ）の下段参照）。一方で、脈拍検知信号ＳＤ６は、脈拍の検出信号に加えて、動き検知信号ＳＤ３の変動と同期して出力電圧が変化している（図３（ａ）の上段のＰ１参照）。制御部４０は、この動き検知信号ＳＤ３および脈拍検知信号ＳＤ６を受けて、脈拍検知信号ＳＤ６から動き検知信号ＳＤ３と同期している信号成分を差し引いて、脈拍の測定信号とする。図３（ｂ）は、動き検知信号ＳＤ３と同期している信号成分が差し引かれた後の脈拍測定信号を示している。このような構成とすることにより、体動による脈拍の誤検出をより確実に防止することができる。
【００４２】
上述の図３の説明では、制御部４０は、脈拍検知信号ＳＤ６から動き検知信号ＳＤ３と同期している信号成分を差し引くものとしたが、これに限定されない。例えば、制御部４０は、動き検知信号ＳＤ３により外耳道の変位が検知されている期間の変動成分を省いた脈拍検知信号ＳＤ６に基づいて脈拍を算出するようにしてもよい。図４は、その一例を示した図である。図４（ａ）において、上段は脈拍検知信号ＳＤ６の信号波形を示しており、下段は動き検知信号ＳＤ３を示している。
【００４３】
図４では、時間Ｔ２１と時間Ｔ２２との間において外耳道が変位しているものとする。具体的には、外耳道６２は、時間Ｔ２１から時間Ｔ２２にかけて、外耳道６２と受光素子１１ｂとの間の距離が離れる方向に変位した後、外耳道６２と受光素子１１ｂとの間の距離が近づく方向に変位し、この変位が５回繰り返して起こっているものとする（図４（ａ）の下段参照）。
【００４４】
この外耳道の変位により、動き検知信号ＳＤ３は、時間Ｔ２１から時間Ｔ２２にかけて、定常状態の電圧から大きくなる方向に電圧が変化した後、定常状態の電圧から小さくなる方向に電圧が変化する動きを５回繰り返し、その後定常状態の電圧に戻るように変化している（図４（ａ）の下段参照）。このとき、制御部４０は、この動き検知信号ＳＤ３および脈拍検知信号ＳＤ６を受けて、脈拍検知信号ＳＤ６から動き検知信号ＳＤ３が検出されている期間の変動成分を省いて、その変動成分を省いた脈拍検知信号ＳＤ６波形（図４（ｂ）参照）に基づいて脈拍を算出する。このような構成とすることにより、体動が検知されている期間は実質的に脈拍の測定を行わないようにすることができる。これにより、体動による脈拍測定への影響をより確実に取り除くことができる。したがって、体動による脈拍の誤検出をより確実に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、咀嚼のような小さな体動でもその変化を検出し、脈拍の誤検出を防止することができるため、例えば、見守り支援等のように継続的に被験者の日常性格における体動等を測定したい用途において極めて有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１Ａ  脈拍測定装置
１０  動きセンサ部
２０  脈拍センサ部
２１  光学式センサ
４０  制御部（信号処理部）
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ  筐体
６１  外耳
６２  外耳道
ＳＤ３  動き検知信号
ＳＤ６  脈拍検知信号
【図１】
2015131018.tif 000003
【図２】
2015131018.tif 000004
【図３】
2015131018.tif 000005
【図４】
2015131018.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月6日(2014.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2015131018.tif 000007
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2015131018.tif 000008