(57)【要約】  被験者の動きに対する制約が少なく、雑音にも強い脈拍検出装置及び脈拍検出方法を提供する。発振周波数制御部は、人体を流れる血液を構成する所定の成分の分子の共振周波数として想定される範囲内の周波数である所定の発振周波数を、周波数可変発振器に発振させる。また、アンテナから人体に送信する送信信号とアンテナが受信した受信信号の位相差を示す位相差信号と、受信信号の振幅の大きさを示す振幅信号とに基づいて発振周波数を制御する。脈拍検出部は、振幅信号の振幅方向の変化分を、脈拍信号として検出する。
2014080905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の近傍に配置されて前記人体に所定の磁場を印加する磁場印加部と、
前記人体を流れる血液を構成する所定の成分の分子の共振周波数として想定される範囲内の周波数である所定の発振周波数を発振する周波数可変発振器と、
前記周波数可変発振器で発振された信号を電波として送信し、前記電波が前記人体で反射して戻った電波を受信し、前記人体の近傍に配置されるアンテナと、
前記アンテナから送信させる送信信号と、前記アンテナで受信した受信信号とを分離する信号分離部と、
前記送信信号の位相と前記受信信号の位相とを比較して位相差信号を出力する位相比較部と、
前記受信信号の振幅を検出して振幅信号を出力する振幅検出部と、
前記位相差信号と前記振幅信号とに基づいて、前記周波数可変発振器の発振周波数を制御する発振周波数制御部と、
前記振幅信号の振幅方向の変化分を、脈拍信号として検出する脈拍検出部とを備えた
脈拍検出装置。
【請求項２】
前記脈拍検出部は、前記脈拍の周期に相当する周波数以上の周波数を通過させるハイパスフィルタで構成される
請求項１に記載の脈拍検出装置。
【請求項３】
前記発振周波数制御部は、前記振幅検出部で所定のレベル以上の振幅が検出され、かつ前記位相差信号の値がゼロである場合に、ＰＬＬ制御を機能させて前記位相差信号の値をゼロに維持するよう前記発振周波数を制御する
請求項１に記載の脈拍検出装置。
【請求項４】
前記脈拍検出部を通過した信号のうち、脈拍の周波数と同じ周波数である脈波周波数を有する信号のみを通過させる適応フィルタをさらに備える
請求項３に記載の脈拍検出装置。
【請求項５】
人体の近傍に配置されて前記人体に所定の磁場を印加する磁場印加部と、
前記人体を流れる血液を構成する所定の成分の分子の共振周波数として想定される範囲内の周波数である所定の発振周波数を発振する周波数可変発振器と、
前記周波数可変発振器で発振された信号を電波として送信し、前記電波が前記人体で反射して戻った電波を受信し、前記人体の近傍に配置されるアンテナと、
前記アンテナから送信させる送信信号と、前記アンテナで受信した受信信号とを分離する信号分離部と、
前記送信信号の位相と前記受信信号の位相とを比較して位相差信号を出力する位相比較部と、
前記送信信号の振幅を検出して第１の振幅信号を出力する第１の振幅検出部と、
前記受信信号の振幅を検出して第２の振幅信号を出力する第２の振幅検出部と、
前記第１の振幅信号と前記第２の振幅信号とを用いて、前記アンテナの伝達関数を算出する伝達関数算出部と、
前記位相差信号と前記振幅信号とに基づいて、前記周波数可変発振器の発振周波数を制御する発振周波数制御部と、
前記伝達関数算出部で算出された伝達関数の振幅方向の変化分を、脈拍信号として検出する脈拍検出部とを備えた
脈拍検出装置。
【請求項６】
前記伝達関数とは、前記信号分離部に入力する前記送信信号又は前記受信信号と、前記信号分離部から出力された信号又は前記信号分離部を通過した信号とを用いて算出されるＳパラメータである
請求項５に記載の脈拍検出装置。
【請求項７】
人体に所定の磁場を印加することと、
前記人体を流れる血液を構成する所定の成分の分子の共振周波数として想定される範囲内の周波数である所定の周波数を、周波数可変発振器に発振させることと、
前記周波数可変発振器で発振された信号を、前記人体の近傍に配置されたアンテナから電波として送信し、前記電波が前記人体で反射して戻った電波をアンテナで受信することと、
前記アンテナから送信させる送信信号と、前記アンテナで受信した受信信号とを分離することと、
前記送信信号の位相と前記受信信号の位相とを比較して位相差信号を出力することと、
前記受信信号の振幅を検出して振幅信号を出力することと、
前記位相差信号と前記振幅信号とに基づいて、前記周波数可変発振器で発振される発振周波数を制御することと、
前記振幅信号の振幅方向の変化分を、脈拍信号として検出することとを含む
脈拍検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば医療機器や車載用生体センサ等に適用して好適な脈拍検出装置及び脈拍検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脈拍を測定する手法として、波動による血管の容積変化を検出する方法や、血管内の圧力変化を検出する方法等が知られている。波動による血管の容積変化の検出には一般的に光学的方式が用いられ、血管内の圧力変化の検出には一般的に圧電方式が用いられる。光学的方式では、血中のヘモグロビンの波長帯の光を生体に照射し、その透過光又は反射光の強度を電気信号に変えることで脈拍を検出する。圧電方式では、動脈上に圧電センサを押し付け、圧電センサで得られた電圧を脈拍として検出する。【０００３】
しかし、光学的方式と圧電方式のいずれの方式においても、センサを生体に装着する必要があるため、装着された被験者の体の動きがある程度制約されてしまう。特に圧電方式では、正確な測定のために、圧電センサを動脈直上部に正しく押圧する押圧手段が必要となるため、人体の動きだけでなく、測定が行われる環境もかなり限定される。【０００４】
これに対して、人体にセンサを直接接触させずに非接触で脈拍を検出できる手法も考案されている。非接触による脈拍の検出には、ドプラー方式が用いられることが多い。ドプラー方式では、生体にマイクロ波を照射し、生体からの反射波を受信して、発振周波数と受信周波数の差を音響信号に変換して血流を検知する。例えば特許文献１には、ドプラー方式を使用した超音波診断画像処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許文献１：特開平１１−４７１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ドプラー方式は、観測の対象となる心臓と、それをセンシングするセンサとの相対運動が原因となって生じる周波数のずれを検出する。このため、心臓が動いたときだけでなく、例えば心臓の動きを検出するセンサ自体が動いたときにも、発振周波数と受信周波数との間での周波数のずれが生じる。つまり、本来必要とされる心臓の動き以外の動きが発生した場合にも、それが脈拍信号として誤検出される現象が発生しうる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記状況を鑑みなされたものであり、被験者の動きに対する制約が少なく、被験者の体の動き等に起因する雑音にも強い脈拍検出装置及び脈拍検出方法を提供することを目的とする。【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の脈拍検出装置は、磁場印加部と、アンテナと、信号分離部と、位相比較部と、振幅検出部と、発振周波数制御部と、脈拍検出部とを備える構成とし、各部の構成及び機能を次のようにする。磁場印加部は、人体の近傍に配置されて人体に所定の磁場を印加する。周波数可変発振器は、人体を流れる血液を構成する所定の成分の分子の共振周波数として想定される範囲内の周波数である所定の発振周波数を発振する。アンテナは、人体の近傍に配置され、周波数可変発振器で発振された信号を電波として送信し、電波が人体で反射して戻った電波を受信する。信号分離部は、アンテナから送信させる送信信号と、アンテナで受信した受信信号とを分離する。位相比較部は、送信信号の位相と受信信号の位相とを比較して位相差信号を出力する。振幅検出部は、受信信号の振幅を検出して振幅信号を出力する。発振周波数制御部は、位相差信号と振幅信号とに基づいて、発振周波数を制御する。脈拍検出部は、振幅信号の振幅方向における変化分を、脈拍信号として検出する。【０００９】
また、本発明の脈拍検出方法は、まず、人体に所定の磁場を印加する。続いて、人体を流れる血液を構成する所定の成分の分子の共振周波数として想定される範囲内の周波数である所定の周波数を、周波数可変発振器に発振させる。続いて、周波数可変発振器で発振された信号を、人体の近傍に配置されたアンテナから電波として送信し、電波が人体で反射して戻った電波をアンテナで受信する。続いて、アンテナから送信させる送信信号と、アンテナで受信した受信信号とを分離する。続いて、送信信号の位相と受信信号の位相とを比較して位相差信号を出力する。続いて、受信信号の振幅を検出して振幅信号を出力する。続いて、位相差信号と振幅信号とに基づいて、発振周波数を制御する。続いて、振幅信号の振幅方向の変化分を、脈拍信号として検出する。【００１０】
以上のように脈拍検出装置を構成し、脈拍検出処理を行うことで、人体を流れる血液を構成する所定の成分の分子の共振周波数を検出することができ、検出した共振周波数における振幅方向の変化分が、脈拍信号として検出される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被験者の動きに対する制約が少なく、被験者の体の動き等に起因する雑音にも強い脈拍検出装置及び脈拍信号検出方法脈拍検出方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態例に係る脈拍検出装置の利用例を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態例に係る脈拍検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態例に係る、振幅検出部の出力の大きさ（振幅）と位相比較器の出力（２信号の位相差）とを、横軸周波数として対比した説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態例に係る、振幅検出部の出力と、適応フィルタを通過した信号の時間軸波形を示す波形図である。
【図５】ドプラー方式で検出された振幅信号と、本発明の一実施の形態例に係る振幅検出部で検出された振幅信号の時間軸波形を示す波形図である。
【図６】本発明の変形例１に係る脈拍検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の変形例１に係る伝達関数算出部の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の変形例１に係る、方向性結合器と伝達関数算出部の接続例を示すブロック図である。
【図９】本発明の変形例１に係る脈拍検出装置のセンサ部分の他の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態に係る脈拍検出装置の一例を、図面を参照しながら下記の順で説明する。ただし、本発明は下記の例に限定されない。
１．脈拍検出装置の構成例
２．各種変形例
【００１４】
［１．脈拍検出装置の構成例］
図１は、本発明の一実施形態に係る脈拍検出装置１の利用例を示す図であり、本発明の脈拍検出装置を、自動車に搭載されて運転手の居眠りや疲労の度合いを検知する装置に適用したときの座席周りの状況を示している。図１に示すように、脈拍検出装置１は、自動車内の座席Ｓｔの下に配置されたループアンテナ１５と、その下に配置された磁場印加部としての磁石１１とを備える。ループアンテナ１５は、座席Ｓｔに座っている被験者Ｓｂの体に電波を照射するとともに、被験者Ｓｂから反射して戻ってきた電波を受信する。磁石１１は、座席Ｓｔに座っている被験者Ｓｂの体に、所定の磁場を印加する。なお、図１では、ループアンテナ１５に供給する発振周波数の信号を生成するＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）等、脈拍検出装置１を構成するその他の構成については図示していない。これらの詳細については、図２を参照して後述する。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る脈拍検出装置１は、ＥＳＲ（Electron Spin Resonance：電子スピン共鳴）の技術を用いて、動脈の血管壁に生じる振動（脈波）の変化を検出し、脈波の変化が示される脈拍信号を出力する。ＥＳＲは、物質中の不対電子の電子スピンの遷移に伴って生じる共鳴現象を観測するものである。
【００１６】
物質内の不対電子は、磁場中におかれると、そのスピン量（磁気モーメント）の値に対応して電子スピンの向きが磁場の向きに平行、あるいは反平行に揃う。このとき、その電子スピンがもつエネルギー準位はスピン量によって２つに分割される（ゼーマン分裂）。この２つのエネルギー準位の差に相当するエネルギーを外部から加えることで、低いエネルギーを持つ電子スピンがそのエネルギーを吸収し、高いエネルギーを持つスピンへと遷移する。このときの、電子スピンによるエネルギーの吸収量を検知することでＥＳＲスペクトルを得ることができ、得られたＥＳＲスペクトルを解析することで、フリーラジカルと呼ばれる不対電子を持つ物質の同定・定量することが可能となる。
【００１７】
このＥＳＲの技術はＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）でも用いられており、ＭＲＩでは、一定の周波数のマイクロ波を人体に照射した状態で磁場を掃引することにより、観察したい所望の部位の水素原子核を磁気共鳴させている。これに対して、本実施の形態例では、磁場を掃引するのではなく、マイクロ波（電波）を掃引することにより、血液を構成する水分子あるいはヘモグロビン分子に磁気共鳴を起こさせる。そして、人体に当たって磁気共鳴を起こし、跳ね返ってきた電波の振幅の変動分を、脈拍信号として検出する。
【００１８】
続いて、図２のブロック図を参照して、脈拍検出装置１の内部構成例を説明する。脈拍検出装置１は、磁石１１と、周波数可変発振器としてのＶＣＯ１２と、パワーアンプ１３と、信号分離部としての方向性結合器１４とを備える。また、脈拍検出装置１は、電波送信用のループアンテナ１５Ｔと、電波受信用のループアンテナ１５Ｒと、振幅検出部１６と、位相比較部１７と、発振周波数制御部１８とを備える。脈拍検出装置１は、さらに、脈拍検出部１９と、適応フィルタ２０と、遅延回路２１と、加算器２２とを備える。
【００１９】
磁石１１は、上述したように、座席Ｓｔ（図１参照）に座っている被験者Ｓｂの体に一定の磁場を印加するためのものであり、磁場の磁気強度は例えば０．１４テスラ程度とされる。図１に示した例では、磁石１１の大きさを、およそ人の手の面積と同程度の面積を持つものとしてあるが、この大きさに限定されるものではない。少なくとも１ｃｍ２以上の大きさであれば、どのような大きさであってもよい。また、本実施の形態例では座席Ｓｔの下に磁石１１を配置して、被験者Ｓｂの臀部に近接させる例を挙げているが、これに限定されるものではない。例えば、不図示のシートベルトに装着させて、磁石１１が被験者Ｓｂの胸部や腹部の近辺に配置されるようにしてもよい。また、本実施形態例では磁場印加部として磁石１１を用いる例を挙げたが、これに限定されるものではなく、電磁石を用いてもよい。
【００２０】
ＶＣＯ１２は、後述する発振周波数制御部１８から印加される制御電圧に応じた発振周波数の発振信号（Ｓｉｎ波）を生成し、生成した発振信号をパワーアンプ１３に供給する。ＶＣＯ１２の動作開始時の発振周波数は、血液中の水分子に照準を合わせる場合には２．４ＧＨｚ程度に設定し、ヘモグロビン分子に照準を合わせる場合には６４ＭＨｚ程度に設定する。ＶＣＯ１２は、その後は、発振周波数制御部１８から印加される制御電圧に応じた発振周波数の発振信号を生成する。パワーアンプ１３は、ＶＣＯ１２から供給された発振信号を増幅して、方向性結合器１４と位相比較部１７とに供給する。
【００２１】
方向性結合器１４は、ループアンテナ１５Ｔとループアンテナ１５Ｒとに接続されている。そして、ＶＣＯ１２から出力された信号のうち、空気中を伝播して受信用のループアンテナ１５Ｒによって飛び込んだ信号、又は、ループアンテナ１５Ｔから放射された信号のうち、ループアンテナ１５Ｒが直接拾ってしまった信号をキャンセルする。つまり、パワーアンプ１３から入力されてループアンテナ１５Ｔから送信される送信信号と、ループアンテナ１５Ｔから送信された後に被験者Ｓｂに反射して戻り、ループアンテナ１５Ｒによって受信された電波（受信信号）のみを伝送する。送信信号はループアンテナ１５Ｔに送信され、受信信号は振幅検出部１６と位相比較部１７とに供給される。
【００２２】
なお、本実施の形態例では、信号分離部として方向性結合器１４を用いた例を挙げたが、これに限定されるものではなく、サーキュレータ等の他の回路で構成してもよい。また、図２に示した例では、ループアンテナ１５として、送信用のループアンテナ１５Ｔと受信用のループアンテナ１５Ｒの二つを用意した例を挙げているが、送信と受信との両方を行える１つのアンテナを用いてもよい。
【００２３】
振幅検出部１６は、方向性結合器１４を経由して入力されたループアンテナ１５Ｒによる受信信号の振幅の変化分を検出するものであり、例えばピークディテクタで構成される。被験者Ｓｂの血液内の水分子あるいはヘモグロビン分子が磁気共鳴を起こしているときには、受信信号の振幅も大きくなる。したがって、共振時には、ピークディテクタとして構成された振幅検出部１６から出力される振幅信号の最大値も大きくなる。
【００２４】
位相比較部１７は、ループアンテナ１５Ｔの送信信号の位相と、ループアンテナ１５Ｒの受信信号の位相とを比較する位相比較器であり、送信信号と受信信号の位相差に相当する位相差信号を発振周波数制御部１８に供給する。なお、位相比較器の代わりに同期検波器を用いてもよい。
【００２５】
発振周波数制御部１８は、位相比較部１７から出力された位相差信号と、振幅検出部１６から出力された振幅信号とに基づいて、ＶＣＯ１２に印加する制御電圧の大きさを調整する。より詳しくは、始めにＶＣＯ１２で発振させる発振周波数を掃引し、振幅検出部１６の出力が所定のレベル以上となり、かつ位相比較部１７の出力である位相差信号がゼロとなった時点で掃引を止め、位相比較部１７とＶＣＯ１２とを含んで構成されるＰＬＬ回路を機能させ、位相比較部１７の出力（位相差信号）の値がゼロとなるようにフィードバック制御する。
【００２６】
図３は、横軸をＶＣＯ１２の発振周波数とし、振幅検出部１６の出力と、位相比較部１７の出力とを対比させたグラフである。図３Ａは振幅検出部１６の出力であり、ループアンテナ１５Ｒの受信信号の振幅値を示す。図３Ｂは位相比較部１７の出力であり、ループアンテナ１５Ｔから送信される送信信号とループアンテナ１５Ｒが受信した受信信号との位相差を示す。被験者Ｓｂの血液中の水分子又はヘモグロビン分子が磁気共鳴を起こしている場合には、図３Ａに示すように、振幅検出部１６から出力される信号の振幅が共振周波数ｆ１において最大となる。かつ、図３Ｂに示すように、位相比較部１７から出力される位相差信号は、共振周波数ｆ１においてゼロとなる。すなわち、送信信号と受信信号との位相差がゼロとなる。
【００２７】
振幅検出部１６を通過した受信信号、すなわち振幅信号の大きさが所定のレベル以上となり、かつ位相差信号の値がゼロとなった時点でＰＬＬ回路を機能させることにより、その後も位相差信号がゼロになるように制御される。したがって、ＶＣＯ１２の発振周波数を、被験者Ｓｂによって異なる水分子又はヘモグロビン分子の共振周波数ｆ１に正確に追従させることができる。
【００２８】
図２に戻って説明を続けると、脈拍検出部１９は、例えばＨＰＦ（High Pass Filter）等で構成され、振幅検出部１６の出力から所定の高周波成分のみを抽出して、適応フィルタ２０及び遅延回路２１に出力する。脈拍検出部１９のカットオフ周波数としては、例えば、健常な状態の人の脈拍として想定される最低の脈拍数である“３０”に相当する０．５Ｈｚ以上の値が設定される。これにより、血流の変化により生じる受信信号の振幅の変動分のみを抽出することが可能となる。つまり、脈拍信号を検出することができる。
【００２９】
適応フィルタ２０は、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）フィルタで構成され、入力された信号のうち所定の周期性を有する信号のみを通過させて加算器２２に出力する。脈拍と同じ周波数（以下、「脈波周波数」とも称する）の信号のみを通過させる係数を設定した適応フィルタ２０を通すことにより、脈拍により変動した振幅の部分が強調された信号を得ることができる。
【００３０】
遅延回路２１は、脈拍検出部１９の出力に、適応フィルタ２０における処理時間に相当する時間分だけ遅延を加えて加算器２２に出力する。
【００３１】
図４は、適応フィルタ２０に入力される信号と適応フィルタ２０から出力された信号とを示す波形図である。図４Ａは適応フィルタ２０に入力される信号の波形を示し、図４Ｂは適応フィルタ２０から出力される信号の波形を示す。図４Ａ及び図４Ｂの縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。図４Ａに示す、適応フィルタ２０に入力される信号、すなわち振幅検出部１６（図２参照）から出力された信号は、全体的に振幅の変化が少ないのに対して、適応フィルタ２０の適用後でその振幅が増幅されてもいる図４Ｂに示した信号は、雑音が除去されたものであるため、その振幅が強調されたものとなる。
【００３２】
加算器２２から出力された信号の振幅のピークを検出してその出現の周期を求めれば、脈拍を測定することができる。
【００３３】
上述した本実施の形態例によれば、被験者Ｓｂの近傍に磁石１１とループアンテナ１５Ｔ及びループアンテナ１５Ｒとを配置することで、ＥＳＲの技術を用いて被験者Ｓｂの脈拍信号を検出することができる。脈拍信号を検出する際には、被験者Ｓｂに印加する磁場でなく、被験者Ｓｂに照射する電波の周波数の方を可変させるため、例えばＭＲＩ等の磁場を掃引する装置と比較して、装置の製造コストを低く抑えることができる。
【００３４】
また、ドプラー方式を用いた場合と比較しても、装置の製造コストを低く抑えることができる。ドプラー方式において使用されるドプラーセンサは、２０ＧＨｚ等の高い周波数を使用するものであるため、一般的に導波管の技術が適用される。このため、製造コストを低く抑えることが難しい。これに対して、本発明の脈拍検出装置１で扱う周波数は６０ＭＨｚ程度と低く、この周波数帯はＦＭラジオ放送でも使用されている周波数帯でもある。したがって、本発明の脈拍検出装置１は、ＦＭラジオ放送の受信機の製造にかかるコストと同等程度の低いコストで製造することができる。
【００３５】
また、上述した本実施の形態例によれば、ドプラー方式を用いないため、歩行時や自動車の運転時等、被験者Ｓｂの体が静止していない状態においても、比較的正確に脈拍を検出することができる。
【００３６】
図５Ａは、ドプラーセンサを用いた脈拍検出装置で検出された振幅信号を示す波形図であり、図５Ｂは、本実施の形態例による脈拍検出装置１の振幅検出部１６が検出した振幅信号を示す波形図である。
【００３７】
図５Ａ及び図５Ｂにおいて、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。横軸として示した時間は、区間Ｉ１、区間Ｉ２及び区間Ｉ３よりなる。区間Ｉ１は被験者Ｓｂが椅子に座って静止している区間であり、区間Ｉ２は被験者Ｓｂが椅子から立ち上がった区間であり、区間Ｉ３は、立っている状態で被験者Ｓｂがその場で足踏みをしている区間である。
【００３８】
ドプラー方式による脈拍の検出は、被験者Ｓｂから約３０ｃｍ離れた位置にドプラーセンサを配置した状態で行った。本実施の形態例の脈拍検出装置１による脈拍の検出は、磁石１１、ループアンテナ１５Ｔ及びループアンテナ１５Ｒを、被験者Ｓｂの背中部分の衣服の上に貼り付けた状態で行った。
【００３９】
図５Ａに示したドプラー方式で得られた振幅信号は、区間Ｉ３において振幅の増減が非常に激しくなっており、振幅の時間方向の変化も殆ど観測することができない（周期性を確認できない）。これは、ドプラー方式のセンサが、被験者Ｓｂの身体細胞とセンサとの間の相対的な運動を計測するものであるため、心臓の動きだけでなく体の動きも検出してしまうからである。
【００４０】
これに対して、図５Ｂに示す本実施の形態例による脈拍検出装置１で得られた振幅信号においては、区間Ｉ３でも、その振幅の時間方向の変化を観測することができる。よって、振幅信号から雑音を除去することで、脈拍を検出することが可能となる。すなわち、本実施の形態例による脈拍検出装置１によれば、被験者Ｓｂが静止していない状態（区間Ｉ３）においても、脈拍を検出することができる。
【００４１】
また、本実施の形態例では、ドプラー方式を用いていないため、被験者Ｓｂの体が動くことにより生じるノイズの影響を考慮する必要がない。このため、センサ部分を構成する磁石１１と、ループアンテナ１５Ｔ及びループアンテナ１５Ｒの配置位置も、被験者Ｓｂの心臓の付近でなくてもよく、また、配置位置を固定する必要もない。したがって、センサ部分を運動中の被験者Ｓｂの体に装着させたり、自動車の座席の下に配置したり、ベッドの下に配置したりすることも可能となる。
【００４２】
例えば、図１に示したように自動車内の座席部分にセンサ部分を配置することで、運転中の被験者Ｓｂが居眠りをしたり疲労した場合に生じる脈拍の変化も、迅速に検知することができる。このため、本発明の脈拍検出装置１を用いて、居眠りや疲労蓄積の検知時に、検知した内容を被験者Ｓｂにフィードバックするシステム等も構築することができる。
【００４３】
また、センサ部分をベッドの部分等に配置すれば、ベッドの上の被験者Ｓｂの脈拍信号を検出することができる。これにより、病院に入院中の患者や、一人で生活している老人等、容態の急変や健康状態の管理が必要な被験者Ｓｂの脈拍信号も、被験者Ｓｂの体に負担をかけることなく、容易にかつ恒常的に検出することが可能となる。
【００４４】
［２．各種変形例］
なお、上述した本実施の形態例では、適応フィルタ２０を用いて脈拍周期を強調した信号を生成するようにしているが、この処理は必ずしも必須の処理ではなく、適応フィルタ２０を用いない構成としてもよい。
【００４５】
（変形例１）
また、上述した実施の形態例では、振幅検出部１６で検出された振幅に基づいて脈拍信号を検出する例を挙げたが、これに限定されるものではない。ループアンテナ１５Ｔ及びループアンテナ１５Ｒの伝達特性を計測し、得られた伝達特性の特性変化分を検出することにより、脈拍信号を検出してもよい。伝達特性としては、例えばＳパラメータを用いることができる。Ｓパラメータは、入射信号と反射信号の振幅と位相の変化を示すパラメータであり、方向性結合器１４（図２参照）に入出力される電力の値に基づいて算出することができる。
【００４６】
図６は、Ｓパラメータの１つである入力反射係数（Ｓ１１）を算出し、算出されたＳ１１の時間方向における変化分を脈拍信号として検出する構成を示したブロック図である。図６において、図２と対応する箇所には同一の符号を付してあり、重複する説明は省略する。また、図６に示す脈拍検出装置１Ａでは、図２に示した適応フィルタ２０と遅延回路２１、加算器２２の図示は省略している。
【００４７】
方向性結合器１４が有する４つのポートのうち、ＶＣＯ１２で生成されてパワーアンプ１３で増幅された信号が入力されるポートをポートＰ１とし、振幅検出部１６及び位相比較部１７に伝送される信号が出力されるポートをポートＰ２とする。また、ループアンテナ１５Ｒで受信された信号が入力されるポートをポートＰ３とし、ループアンテナ１５Ｔに供給される信号が出力されるポートをポートＰ４とする。
【００４８】
入力反射係数であるＳ１１は、ポートＰ１に入力される入射信号ａ１に対する、ポートＰ２から出力される反射信号ｂ１の割合として示される。入射信号ａ１に対する反射信号ｂ１の割合は、図７に示す伝達関数算出部２３によって算出することができる。伝達関数算出部２３は、入力される信号のピーク値を検出する振幅検出部２３ａ及び振幅検出部２３ｂと、振幅検出部２３ａからの出力値を振幅検出部２３ｂからの出力値で除算する除算器２３ｃとよりなる。振幅検出部２３ａ及び２３ｂは、例えばピークディテクタで構成される。
【００４９】
図６に示したポートＰ１に入力される入射信号ａ１を、図７に示した振幅検出部２３ｂに入力し、ポートＰ２から出力される反射信号ｂ１を振幅検出部２３ａに入力することで、伝達関数算出部２３からは、反射信号ｂ１／入射信号ａ１＝Ｓ１１が出力される。このようにして算出されたＳ１１を脈拍検出部１９に入力することで、脈拍検出部１９からは、Ｓ１１の特性変化分のみが出力される。Ｓ１１の振幅方向の変化は、脈拍の変動に応じて起きる。従って、Ｓ１１が脈拍検出部１９を通過することにより、その変動分を脈拍信号として抽出することが可能となる。
【００５０】
脈拍の周期の検出に使用するＳパラメータは、入力反射係数（Ｓ１１）に限定されるものではなく、順方向伝達係数（Ｓ２１）、逆方向伝達係数（Ｓ１２）、出力反射係数（Ｓ２２）のいずれを使用してもよい。図８Ａは順方向伝達係数（Ｓ２１）を求める場合の構成例を示し、図８Ｂは逆方向伝達係数（Ｓ１２）を求める場合の構成例を示し、図８Ｃは出力反射係数（Ｓ２２）求める場合の構成例を示す。図８Ａ〜図８Ｃでは、方向性結合器１４と伝達関数算出部２３と脈拍検出部１９以外の図示は省略しているが、図示していない構成は図６に示した構成と同一である。
【００５１】
順方向伝達係数であるＳ２１は、ポートＰ１に入力される入射信号ａ１に対する、ポートＰ４から出力される反射（伝送）信号ｂ２の割合として示される。図８Ａに示すように、ポートＰ１に入力される入射信号ａ１と、ポートＰ４から出力される反射信号ｂ２を伝達関数算出部２３に入力することで、伝達関数算出部２３からは、伝送信号ｂ２／入射信号ａ１＝Ｓ２１が出力される。
【００５２】
逆方向伝達係数であるＳ１２は、ポートＰ３に入力される入射信号ａ２に対する、ポートＰ２から出力される反射（伝送）信号ｂ１の割合として示される。図８Ｂに示すように、ポートＰ３に入力される入射信号ａ２と、ポートＰ２から出力される反射信号ｂ１を伝達関数算出部２３に入力することで、伝達関数算出部２３からは、反射信号ｂ１／入射信号ａ２＝Ｓ１２が出力される。
【００５３】
出力反射係数であるＳ２２は、ポートＰ３に入力される入射信号ａ２に対する、ポートＰ４から出力される反射信号ｂ２の割合として示される。図８Ｃに示すように、ポートＰ３に入力される入射信号ａ２と、ポートＰ４から出力される反射信号ｂ２を伝達関数算出部２３に入力することで、伝達関数算出部２３からは、反射信号ｂ２／入射信号ａ２＝Ｓ２２が出力される。このように、ループアンテナ１５Ｔ及びループアンテナ１５Ｒの伝達特性を示すＳパラメータを用いても、脈拍信号を検出することができる。
【００５４】
（変形例２）
また、上述した実施の形態例では、脈拍検出装置１（又は脈拍検出装置１Ａ）を自動車内に搭載する例を挙げたが、これに限定されるものではない。脈拍の検出に十分なデータが検出可能な形態であれば、どのような形態に適用してもよい。脈拍の検出に十分なデータが検出可能な形態とは、例えば、磁石１１とループアンテナ１５Ｔ及びループアンテナ１５Ｒとよりなるセンサの部分を、被験者Ｓｂの体に近い位置に配置することで実現される。
【００５５】
図９に、脈拍検出装置１のセンサの部分をイヤホン型センサとして構成した例を示す。なお、図９には、脈拍検出装置１のセンサ部分のみを図示している。図９では、センサ部分を「イヤホン型センサ１０」としている。イヤホン型センサ１０は、被験者Ｓｂの耳Ｅに挿入される筐体１００の内部に、磁石１１αと、ループアンテナ１５Ｔα及びループアンテナ１５Ｒαとが配置されている。
【００５６】
具体的には、電波送信用のループアンテナ１５Ｔαが筐体１００内の上面と下面に配置され、電波受信用のループアンテナ１５Ｒαが、筐体１００内の、外耳道Ｅｅへの挿入方向における筐体１００の端部に配置されている。各ループアンテナをこのように配置することで、イヤホン型センサ１０が被験者Ｓｂの耳Ｅに挿入されたときに、これらの各アンテナが、耳Ｅの外耳道Ｅｅの側面の皮膚と接触あるいは近接するようになる。
【００５７】
また、筐体１００の中心部分に磁石１１αを配置し、磁石１１αと、ループアンテナ１５Ｔα及びループアンテナ１５Ｒαとの間にプラスチック等の樹脂１０１を充填することで、磁石１１αが各アンテナに及ぼす影響を少なくすることができる。また、磁石１１αを、外耳道Ｅｅの形成方向に長さを有する略直方体の形状とすることで、外耳道Ｅｅの側面の皮膚と磁石１１αとの、外耳道Ｅｅの直径方向の距離を、近くすることができる。
【００５８】
磁石１１αと、ループアンテナ１５Ｔα及びループアンテナ１５Ｒαとをこのように配置することにより、脈拍の検出を行うための磁場と電波とが被験者Ｓｂの体に届きやすくなり、かつ、被験者Ｓｂの体から反射して戻ってきた電波も受信しやすくなる。また、脈拍検出装置１のセンサの部分をイヤホン型センサ１０として構成することで、イヤホン型センサ１０を被験者Ｓｂの耳Ｅに挿入するだけで、被験者Ｓｂの脈拍を容易に検出することが可能となる。
【００５９】
また、本発明の脈拍検出装置１（又は１Ａ）は、血圧測定器に適用することもできる。例えば、動脈を圧迫して閉塞するカフの、被験者Ｓｂの腕と接触する側の側面に脈拍検出装置１（又は１Ａ）のセンサ部を配置することで、カフを減圧する過程で血管壁に生じる脈波を脈拍信号として検出することができる。そして、オシロメトリック法による血圧測定技術を用いることで、検出した脈波に基づいて血圧を計測することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ…脈拍検出装置、１１…磁石、１２…ＶＣＯ、１３…パワーアンプ、１４…方向性結合器、１５，１５Ｒ，１５Ｔ…ループアンテナ、１６…振幅検出部、１７…位相比較部、１８…発振周波数制御部、１９…ＨＰＦ、２０…適応フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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