(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動脈に向けて超音波を発信する発信手段と、
この発信手段から発信され前記動脈を流れる血液で反射された超音波を受信する受信手段と、
この受信手段で受信された超音波から脈波に関する脈波情報を取得する脈波情報取得手段と、
この脈波情報取得手段により取得された脈波情報を出力する出力手段と、
前記脈波情報取得手段により取得された脈波情報から、次の脈拍を予想する脈拍予想手段と、
この脈拍予想手段により予想される脈拍を含む所定時間だけ前記超音波を発信するように前記発信手段を駆動する駆動制御手段と、を具備することを特徴とする脈波検出装置。
【請求項２】
前記脈波情報取得手段は、前記受信手段で受信された超音波の周波数変化を検出する周波数検波手段又は振幅変化を検出する振幅検波手段を有し、前記周波数検波手段又は振幅検波手段による検波信号から脈波情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の脈波検出装置。
【請求項３】
前記駆動制御手段は、前記脈拍を含む所定時間の間、前記発信手段を間欠的に駆動することを特徴とする請求項１に記載の脈波検出装置。
【請求項４】
前記脈拍予想手段は、前記脈波情報取得手段で取得される前記脈波情報から、脈拍数または拍動の間隔を取得し、この脈拍数または拍動の間隔に基づいて次の脈拍を予想する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１の請求項に記載の脈波検出装置。
【請求項５】
前記脈拍予想手段は、前記脈波情報取得手段で取得される前記脈波情報から、複数の脈拍数または複数の拍動の間隔を取得し、前記脈拍数または前記拍動の間隔の変化に基づいて次の脈拍を予想する
ことを特徴とする請求項４に記載の脈波検出装置。
【請求項６】
前記脈波情報取得手段により取得された前記脈波情報から、脈拍の可能性のある脈拍候補とその検出タイミングを検出する脈拍候補検出手段と、
前記脈拍候補検出手段で検出された脈拍候補の検出タイミングと前記脈拍予想手段により予想される脈拍のタイミングとのずれに基づいて、前記脈拍候から脈拍を決定する脈拍決定手段とを備え、
前記脈拍予想手段は、前記脈拍決定手段で決定された前記脈拍に基づいて、前記脈拍数または前記拍動の間隔を取得する
ことを特徴とする４または請求項５に記載の脈波検出装置。
【請求項７】
前記脈波情報取得手段により取得された前記脈波情報から、脈拍の可能性のある脈拍候補とその検出タイミングを検出する脈拍候補検出手段と、
前記脈拍候補検出手段で検出された脈拍候補の検出タイミングと前記脈拍予想手段により予想される脈拍のタイミングとのずれに基づいて、前記脈拍候から脈拍を決定する脈拍決定手段とを備え、
前記駆動制御手段は、前記脈決定手段により脈拍が決定されると、前記所定時間の経過の前に関わらず前記発信手段の駆動を停止する
ことを特徴とする請求項１から請求項６に記載の脈波検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈波検出装置に係り、詳細には、動脈に対する超音波の送受信により脈波を検出する脈波検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動脈を流れる血流による脈波を検出することは、医療現場や健康管理を行う際に広く行われている。この脈波検出は、触診により所定時間の脈拍数として検出する場合の他、脈波検出装置を使用して電子的に脈拍数等を自動検出することも広く行われている。
電子的に脈波を検出して脈拍数を得る装置として、ピエゾ型の圧電素子をセンサとして動脈上に配置し、動脈内部の圧力変化に伴う表皮の圧力変化（圧力による表皮の変位）から脈拍数を検出するものや、超音波を利用して脈拍数を検出するものが存在する。
超音波を利用する脈波検出装置としては、血流によるドップラ効果を利用したものがあり、例えば、特開平１−２１４３３５号公報や、ＵＳＰ４０８６９１６で提案されている。
【０００３】
図１７は、このようなドップラ効果による超音波の周波数変化の様子を表したものである。
いま、図１７（ａ）に示されるような周波数ｆ０の超音波を体表面から動脈に向けて発信すると、発信した超音波は動脈を流れる血液で反射される。この反射波を受信素子で受信すると、反射波の周波数の変化を検出することができる。すなわち、受信波の周波数をｆ１とすると、図１７（ｂ）に示すように、心臓の収縮期は動脈を流れる血流の速度が速いので、反射波の周波数はドップラ効果により高くなり（Ａ部分）、逆に心臓が弛緩している間の血流速は低いためＡ部分よりも周波数が低くなる（Ｂ部分）。
このように、心臓の拍動に従って流速が変化する動脈内の血流に超音波を照射して、周波数の変化を検出することで脈波を検出し、さらに脈拍数を検出したり、血流速を検出したりすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように超音波ドップラ効果を利用して脈波を検出する脈波検出装置では、超音波を使用するので消費電力が非常に大きくなるという問題がある。
従って、従来の脈波検出装置では、病院や自宅等の電力を十分に供給可能な環境において使用しなければならなかったり、又はこのような環境以外で使用する場合には短期間だけしか脈波を測定できないという問題があった。
特に、腕時計に組み込んだ脈波検出装置のように、携帯可能なサイズ、重量の脈波検出装置の場合には、バッテリの容量が限られてしまうため、使用時間が更に短くなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような従来の脈波検出装置における課題を解決するためになされたもので、低消費電力で脈波を検出することができ、使用時間を延ばすことが可能な脈波検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の脈波検出装置では、動脈に向けて超音波を発信する発信手段と、この発信手段から発信され前記動脈を流れる血液で反射された超音波を受信する受信手段と、この受信手段で受信された超音波から脈波に関する脈波情報を取得する脈波情報取得手段と、この脈波情報取得手段により取得された脈波情報を出力する出力手段と、前記脈波情報取得手段により取得された脈波情報から、次の脈拍を予想する脈拍予想手段と、この脈拍予想手段により予想される脈拍を含む所定時間だけ前記超音波を発信するように前記発信手段を間欠的に駆動する間欠駆動制御手段とを具備させる。
そして、前記脈波情報取得手段は、前記受信手段で受信された超音波の周波数変化を検出する周波数検波手段又は振幅変化を検出する振幅検波手段を有し、前記周波数検波手段又は振幅検波手段による検波信号から脈波情報を取得する。
【０００７】
このように、脈波情報を取得し、その脈波情報から次の脈拍を予想し、予想される脈拍を含む所定時間だけ超音波を発信するので、消費電力を駆動デューティー比分に抑えることができる。そして、低消費電力の脈波検出装置とすることができるため、例えば、脈波検出装置を時計に組み込むことで、日常的に長期間使用することが可能になる。この場合、時計で使用する発振手段の一部又は全部を本発明の駆動制御手段として共用することができ、これにより更に簡単な構成とすることができる。
この本発明の脈波検出装置では、前記脈波情報取得手段は、前記脈波情報を記憶する記憶手段を備え、前記出力手段は、この記憶手段に格納された脈波情報を出力する、ようにしてもよい。すなわち、所定時間分の脈拍情報や検波情報を記憶手段に格納しておき、例えば、医療診断装置等の外部装置に対して出力することで、総合的な医療診断に利用することができる。
また本発明の脈波検出装置では、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号から脈拍数を脈波情報として取得し、前記出力手段は、前記脈波情報取得手段により取得された脈拍数を出力する、ようにしてもよい。これにより、最も一般的な脈拍を日常的に確認することができる。
また本発明の脈波検出装置では、更に表示手段を備え、前記脈波情報取得手段は、前記検波信号から脈波に関する情報として脈拍数又は脈波波形を取得し、前記出力手段は、前記脈波情報取得手段により取得された脈拍数又は脈波波形を前記表示手段に出力する、ようにしてもよい。これにより、脈拍数又は脈波波形を表示することで、日常生活のなかでも容易に脈拍数や脈波波形を確認することができる。
【０００８】
また、本発明において、前記駆動制御手段は、前記脈拍を含む所定時間の間、前記発信手段を間欠的に駆動する。このように発信手段を間欠駆動することで、より消費電力を下げることができる。
また、発信手段の間欠駆動と共に、受信手段も間欠駆動するようにしてもよく、この場合両者の間欠駆動タイミングを調整可能にすることで、発信と受信の立ち上がり時間を最適な状態に調整することができる。例えば、発信手段の駆動タイミングよりも所定時間だけ遅れて受信手段の駆動を開始することで、発信を開始してから超音波の出力が安定するまでの間は受信手段で受信しないようにすることができる。
また本発明の脈波検出装置において、前記駆動制御手段は、前記発信手段及び受信手段の双方を間欠的に駆動すると共に、前記発信手段の駆動時間と受信手段の駆動時間を変える。発信手段と受信手段の駆動時間をそれぞれ独立して調整可能にすることで、例えば、受信手段の駆動時間を短くし、安定した超音波を確実に受信することができる。また受信手段の駆動時間を長くすることで、発信された超音波の全てを確実に受信することができる。
また本発明の脈波検出装置において、前記駆動制御手段は、間欠駆動する駆動時間と、駆動停止時間を変える。駆動時間と駆動停止時間を調節可能にすることで、消費電力を下げながら最適な駆動とすることができる。
また本発明の脈波検出装置において、前記駆動制御手段は、想定される最大脈拍数の倍以上の周波数で間欠駆動する。例えば、想定最大脈拍数を２４０拍／分として、８Ｈｚ以上の周波数で発信手段及び受信手段の少なくとも一方を間欠駆動する。このように常に被検波の２倍以上の周波数で間欠駆動されるため、常に安定的に脈波を検出することができる。この場合、想定される脈拍数が低くても（安静時だけなら上限１００拍／分）同一の周波数８Ｈｚで間欠駆動する。
また本発明の脈波検出装置において、前記駆動制御手段は、商用電力の周波数の倍以上の周波数で間欠駆動する。すなわち、商用周波数５０Ｈｚ、６０Ｈｚの２倍以上の周波数１２０Ｈｚで間欠駆動することで、商用周波数によるノイズの影響を受けにくくすることができる。この場合、間欠駆動する周波数を１２８Ｈｚとすることで、時計で使用されている発振器の発信周波数３２ＫＨｚを分周して使用することができ、時計に脈波検出装置を配置した場合に簡単な構成とすることができる。
また本発明の脈波検出装置において、前記駆動制御手段は、商用電力の周波数の倍以上の周波数で、かつデューティー比が最も低くなる周波数で間欠駆動する。
【０００９】
また、本発明は、上述の脈波検出装置において、前記脈拍予想手段は、前記脈波情報取得手段で取得される前記脈波情報から、脈拍数または拍動の間隔を取得し、この脈拍数または拍動の間隔に基づいて次の脈拍を予想する。
この場合、前記脈拍予想手段は、前記脈波情報取得手段で取得される前記脈波情報から、複数の脈拍数または複数の拍動の間隔を取得し、前記脈拍数または前記拍動の間隔の変化に基づいて次の脈拍を予想するものとすることができる。
また、前記脈波情報取得手段により取得された前記脈波情報から、脈拍の可能性のある脈拍候補とその検出タイミングを検出する脈拍候補検出手段と、前記脈拍候補検出手段で検出された脈拍候補の検出タイミングと前記脈拍予想手段により予想される脈拍のタイミングとのずれに基づいて、前記脈拍候から脈拍を決定する脈拍決定手段とを備え、前記脈拍予想手段は、前記脈拍決定手段で決定された前記脈拍に基づいて、前記脈拍数または前記拍動の間隔を取得するものとすることができる。
【００１０】
更に、本発明は、上記各脈波検出装置において、前記脈波情報取得手段により取得された前記脈波情報から、脈拍の可能性のある脈拍候補とその検出タイミングを検出する脈拍候補検出手段と、前記脈拍候補検出手段で検出された脈拍候補の検出タイミングと前記脈拍予想手段により予想される脈拍のタイミングとのずれに基づいて、前記脈拍候から脈拍を決定する脈拍決定手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記脈決定手段により脈拍が決定されると、前記所定時間の経過の前に関わらず前記発信手段の駆動を停止する脈波検出装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の脈波検出装置における好適な実施の形態について、図１から図１５を参照して詳細に説明する。
（１）本実施形態の概要
本実施形態の脈波検出装置では、発信器１１から周波数１０ＭＨｚの超音波ｆ０を体表面から動脈２に向けて発信し（発信手段）、反射対象物（測定対象物）である血流のドップラ効果で周波数変調された反射波ｆ１を受信器２１で受信する（受信手段）。この受信波をＦＭ検波することで脈波を抽出し、更に脈拍を計数して（脈波情報取得手段）、表示する（出力手段）。
この脈波情報から、拍動検出部３５が脈波のピークでパルス波Ｐを出力する。駆動制御部５２は、パルス波Ｐから所定時間ｔ１後に超音波の発信を停止する。そして、駆動制御部５２は、パルスＰから次の脈拍（のピーク点）までの時間ｔ４を脈拍数から予想し、この時間ｔ４から変動時間を含めた時間ｔ３だけ手前の時間、すなわち、超音波の発信停止から所定時間ｔ２（パルス波Ｐから時間ｔ１＋ｔ２）経過した時点で再び超音波を発信器１１から発信させる。
このように発信器１１からの超音波を、予想される脈拍の前後所定時間（ｔ１＋ｔ３）だけ発信するように駆動制御することで、消費電力を少なくすることができ、時計等の小型でバッテリ容量が小さい携帯装置であっても取り付けることが可能になり、かつ長時間使用が可能になる。
【００１２】
（２）本実施形態の詳細
図１は、第１の実施形態における脈波検出装置の構成を表したものである。
この図１に示すように、脈波検出装置は、動脈２に向けて超音波を発信するための、発信器１１と、駆動回路１２と、高周波発振回路１３を備えている。
また脈波検出装置は、動脈を流れる血液で反射される超音波を受信して脈拍を得るための、受信器２１と、高周波増幅回路３１と、Ｆ／Ｖ変換回路３２と、検波回路３３と、サンプルホールド回路３４と、拍動検出部３５と、脈拍数演算部３６と、表示装置４１を備えている。
【００１３】
更に、脈波検出装置は、脈拍予想手段及び駆動制御手段として機能する駆動制御部５２を備えている。
この駆動制御部５２は、図示しない計時部を備えており、拍動検出部３５から供給されるパルス信号Ｐと、脈拍数演算部３６から供給される脈拍数とから、次の脈拍を予想すると共に、次の脈拍の前後所定時間オンする駆動信号Ｆ０を、高周波発振回路１３、高周波増幅回路３１、Ｆ／Ｖ変換回路３２、及び検波回路３３及びに供給するようになっている。
【００１４】
高周波発振回路１３は、周波数１０ＭＨｚの高周波信号を発生させるとともに、駆動制御部５２から供給される駆動信号Ｆ０がオン（ハイレベルの信号）の間発生した１０ＭＨｚの高周波信号を出力するようになっている。
駆動回路１２は、高周波発振回路１３から供給される高周波信号を出力用のパワーにまで増幅して、発信器１１に供給することで超音波ｆ０を発信器１１から発信させる回路である。
【００１５】
発信器１１から発信された超音波ｆ０は、動脈２の血流により周波数変調を受けながら反射され、この反射波ｆ１は、受信器２１で受信されて高周波増幅回路３１に供給されるようになっている。
高周波増幅回路３１は、反射波ｆ１を増幅してＦ／Ｖ変換回路３２に供給する回路である。
Ｆ／Ｖ変換回路３２は、周波数値に応じた電圧利得の変化を利用して、周波数の値に応じた電圧を出力する回路である。
検波回路３３は、振幅検波によりその包絡線に対応した電圧（脈波波形に応じて変化する電圧波形）を出力する回路である。
拍動検出部３５は、検波回路から供給される電圧波形をそのまま脈拍数演算部３６に供給すると共に、電圧波形のピークを検出してパルス信号Ｐを出力するようになっている。
脈拍数演算部３６は、検波回路３３で検波され拍動検出部３５を介して供給される電圧波形から１分間当たりの脈拍数Ｎを演算するようになっている。脈拍数演算部３６で演算した脈拍数Ｎは表示装置４１に供給すると共に、駆動制御部５２に供給される。脈拍数演算部３６は、脈波波形（電圧波形）も表示装置４１に供給するようになっている。
表示装置４１は、表示部と駆動部を備えており、供給される脈波波形と脈拍数Ｎをディジタル表示する。
【００１６】
次に、以上のように構成された本実施形態の動作について説明する。
まず、動脈２に向けて発信した超音波が血流速のドップラー効果によって周波数変調されることから脈波を検出する原理について説明する。
動脈２を流れる血液は、心臓の収縮期（脈拍）と弛緩期によって、血流速度が変化する。このため発信した超音波の周波数は、血流で反射される際のドップラー効果によって変化する。
この場合の反射波の周波数ｆ１は、超音波の周波数をｆ０、血流速をｖ、体内での音速をｃ、血流速に対する超音波の入射角をθとした場合、次の式（１）から求まる。
ｆ１＝ｆ０（１＋２ｖ×ｃｏｓθ／ｃ）  …（１）
そして、超音波の周波数は、反射によってｆ０からｆ１の範囲で変化し、その偏位ｄｆは、次の式（２）となる。
ｄｆ＝ｆ１−ｆ０＝ｆ０×２ｖ×ｃｏｓθ／ｃ  …（２）
従って、例えば各値を、ｃ＝１５５ｍ／ｓ、ｖ＝０．３ｍ／ｓ、ｆ０＝９．５とすると、周波数偏位ｄｆは３．８ＫＨｚとなる。
式（２）において、血流速ｖは脈拍によって変動するため、周波数偏位ｄｆは約２ＫＨｚから４ＫＨｚの範囲で変化することになる。
本実施形態では、この周波数偏位ｄｆの変化を、周波数変調波の復調方式によって検出することで、脈波を検出するようにしている。
【００１７】
図２は、脈波検出装置の各構成部分における出力波形を表したものである。
駆動制御部５２では、図２（ａ）に示すように、拍動検出部３５から供給されるパルス信号Ｐと脈拍数演算部３６から供給される脈拍数Ｎとから、所定時間オンする駆動信号Ｆ０を、高周波発振回路１３、高周波増幅回路３１、Ｆ／Ｖ変換回路３２、及び検波回路３３に供給する。
高周波発振回路１３は、図２（ｂ）に示すように、供給される駆動信号Ｆ０がオンの間、周波数１０ＭＨｚの高周波信号ｆ０を発生させて、駆動回路１２に供給する。
駆動回路１２では、供給される高周波信号ｆ０の出力パワーを増幅して、圧電素子からなる発信器１１に供給することで、発信器１１からは、図２（ｂ）で示す高周波ｆ０と相似系の超音波ｆ０が動脈２に向けて発信される。
【００１８】
この発信された超音波ｆ０は、動脈２を流れる血液で反射される際のドップラ効果によって、周波数変調（ＦＭ変調）された反射波ｆ１が、図２（ｃ）に示すよううに、受信器２１で受信される。
この反射波ｆ１は、高周波増幅器３１で増幅された後、Ｆ／Ｖ変換回路３２に供給される。
Ｆ／Ｖ変換回路３２では、増幅された反射波ｆ１の周波数変化を、図２（ｄ）に示すように、電圧の変化すなわち振幅の変化に変換する。この振幅の変化を検波回路３３において振幅検波することで図２（ｅ）に示すように、包絡線に対応して電圧変化する脈波波形を得る。この脈波波形は、拍動検出部３５に供給される。また、脈波波形は、更に、脈拍数演算部３６を介して表示装置４１にも供給されて、画像表示される。
拍動検出部３５では、供給される図２（ｅ）の脈波波形から、図２（ｆ）に示すように、拍動に対応するピークを検出し、パルス信号Ｐを駆動制御部５２に供給する。
【００１９】
脈拍数演算部３６では、例えば、比較回路により比較値を超えた場合にパルス波を発生させ、このパルス波の時間間隔を所定回数（例えば、３回、５回、７回、１０回等）測定し、各回の測定時間の平均時間Ｔから１分間の脈拍数Ｎを次の数式（３）に従って求めるようになっている。
Ｎ＝６０／Ｔ  …  （３）
なお、脈拍間の平均時間Ｔから脈拍数を求める場合に限られず、例えば、所定時間ｔ（例えば、１０秒）内に発生するパルス数ｗを検出し、次の数式（４）により１分間の脈拍数Ｎを求めるようにしてもよい。
Ｎ＝ｗ×（６０／ｔ）  …  （２）
脈拍数演算部３５は、この求めた脈拍数Ｎを表示装置４１と、駆動制御部５２に供給する。
【００２０】
表示装置４１では、供給された脈拍数Ｎを、脈拍波形と共に液晶表示画面にディジタル表示する。更に、供給されるパルス信号に応じて緑色の点滅表示を行うことで脈拍の存在を示す。この緑色の点滅を見ることで、ユーザは自分の脈波を視覚的に認識することができる。
なお、供給されるパルス信号に応じてパルス音を出力することで脈拍の存在を聴覚により認識できるようにしてもよい。
【００２１】
図２（ａ）、（ｆ）に示すように、拍動検出部３５から拍動に対応するパルス信号Ｐが供給されると、駆動制御部５２は、パルス信号Ｐから時間ｔ１後に駆動信号Ｆ０をオフ（ロウレベル）にする。これによって、発信器１１からの超音波ｆ０の発信が停止される。
そして、駆動制御部５２は、脈拍数演算部３６から供給される脈拍数Ｎから、時間ｔ４を脈拍数から予想する。この時間ｔ４から、変動時間を含めた時間ｔ３だけ手前の時間、すなわち、駆動信号Ｆ０のオフ（超音波の発信停止）から所定時間ｔ２（パルス波Ｐから時間ｔ１＋ｔ２）経過した時点で再び駆動信号Ｆ０をオンにする。これにより、次の脈拍が発生する所定時間ｔ３だけ手前から再び超音波ｆ０が発信器１１から発信される。
このように本実施形態では、発信器１１からの超音波を、予想される脈拍の前後所定時間（前ｔ３＋α）＋後ｔ１だけ発信し、脈拍と脈拍の間の時間ｔ２は超音波の発信を停止するように駆動制御することで、消費電力を少なくすることができ、時計等の小型でバッテリ容量が小さい携帯装置であっても取り付けることが可能になり、かつ長時間使用が可能になる。なお、αは予想した次の脈拍と実際の脈拍によるパルス信号Ｐ出力との誤差時間である。
【００２２】
図３は、時計に組み込んだ脈波検出装置により脈波を検出する状態を表したものである。
この図３に示されるように脈波検出装置（時計）６０は、時計本体６１と、ベルト６２を備えており、ベルト６２の内側にはセンサ１９が取り付けられている。
時計６０は、一般の時計と同様に、時計本体６１を手の甲側にして左（又は右）手首２ａに取り付けるようになっている。その際、センサ１９の位置は、図３（ｂ）に示されるように、とう骨動脈上に位置するようにセンサ１９をベルト６２の長さ方向に移動して位置調整できるようになっている。
センサ１９には、発信器１１と受信器２１とが、図３（ｃ）に示されるように、とう骨動脈２に沿ってベルト６２の長さ方向と直交する方向に並べられ、手先側に発信器１１が肩側に受信器２１が配置されている。なお、発信器１１と受信器２１の配置位置は、この逆であってもよい。
【００２３】
時計本体６１には、時計のムーブメント等の駆動部の他、駆動回路１２、高周波発振回路１３、高周波増幅回路３１、Ｆ／Ｖ変換回路３２、検波回路３３、拍動検出部３５、脈拍数演算部３６、表示装置４１、及び駆動制御部５２が配置されている。
センサ１９と、時計本体６１の駆動回路１２、高周波増幅回路３１とは、ベルト６２内に組み込まれた図示しない配線によって接続されている。
時計本体６１の表示面（文字盤）は、時計としての時刻、日付、曜日等が表示される時計表示部６３と、表示装置４１とを備えている。表示装置４１は、脈拍数Ｎが表示される脈拍数表示部６４と、各脈拍に応じて緑色点滅する脈拍表示部６５を有している。
なお、脈拍表示部６５の点滅色を脈拍数に応じて変えるようにしてもよい。例えば、６９以下を黄色点滅、脈拍数が７０〜９０の間は青色点滅、９１〜１１０の間を緑色点滅、１１１〜１３０の間を橙色点滅、１３１以上を赤色点滅とする。このように、脈拍数に応じて脈拍表示部６５の点滅色が変化するので、現在の脈拍の状態を容易に区別することができる。
【００２４】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、発信器１１から発信する超音波ｆ０を脈拍前後のみ発信し、脈拍間は発信を停止するようにしたもので、消費電力を駆動デューティー比分に抑えることができる。
従って、図３に示した時計のような、小型でバッテリ容量が限られている携帯機器であっても、低消費電力とすることで長時間使用することが可能になる。
【００２５】
次に第２の実施形態について説明する。なお、第２実施形態における脈波検出装置の構成は、各部の機能や動作、出力信号が一部異なることを除いて、図１に示す第１実施形態の構成と同様であるので、機能等の異なる部分について説明し、同一部分の説明は適宜省略する。
第１の実施形態では、脈拍の前ｔ３（＋α；予想との誤差時間）＋後ｔ１の時間だけ１０ＭＨｚの超音波を連続的に発信するようにしたが、この第２の実施形態では、脈拍の前後の時間（ｔ３＋α＋ｔ２）の間、超音波を６４Ｈｚで間欠的に出力するようにしたものである。
【００２６】
図４は、第２実施形態における各部の波形を表したものである。
駆動制御部５２は、第１実施形態と同様に、拍動検出部３５と脈拍数演算部３６から供給されるパルス信号Ｐと脈拍数Ｎとから、図４（ａ）に示されるように、駆動信号Ｆ０を内部的に発生させる。そして、図示しない低周波発振回路から発振される３２ＫＨｚの発振信号を１／５００に分周して、図４（ｂ）に示すように、周波数６４Ｈｚの間欠駆動信号Ｆ１とし、高周波発振回路１３、高周波増幅回路３１等に供給する。
なお、３２ＫＨｚの発振信号を出力する低周波発振回路は、駆動制御部５２が備えてもよく、また、図３に示すように脈波検出装置を時計に組み込む場合には時計で使用されている発信周波数３２ＫＨｚの発信器を兼用するようにしてもよい。
【００２７】
間欠駆動信号Ｆ１が供給されると、高周波発振回路１３では、１０ＭＨｚの高周波信号ｆ０を、図４（ｃ）に示すように間欠的に駆動回路１２に供給する。
駆動回路１２では、供給される高周波信号ｆ０の出力パワーを増幅して、発信器１１に供給することで、発信器１１からは、図４（ｃ）で示す、高周波ｆ０と相似系の超音波ｆ０が動脈２に向けて間欠的に発信される。
【００２８】
この発信された超音波ｆ０は、動脈２を流れる血液で反射される際に周波数変調されて反射波ｆ１が、図４（ｄ）に示すように、受信器２１で受信される。
この反射波ｆ１は、高周波増幅器３１で増幅された後、Ｆ／Ｖ変換回路３２で周波数変化が、図４（ｅ）に示すように、電圧による振幅変化に変換される。この振幅の変化を検波回路３３において振幅検波することで図４（ｆ）に示すように、包絡線に対応して電圧変化する脈波波形を得る。この脈波波形は間欠駆動信号Ｆ１に対応して間欠的なので、検波回路３３において、サンプルホールド処理をすることで、図４（ｇ）に示すように、連続する信号として拍動検出部３５に供給する。
【００２９】
拍動検出部３５、脈拍数演算部３６では、第１実施形態と同様に、検波回路３３から供給される脈拍波形から、拍動に対応するパルス信号Ｐ及び脈拍数Ｎを駆動制御部５２に供給する。駆動制御部５２では、第１実施形態と同様に、パルス信号Ｐから時間ｔ１後に駆動信号Ｆ０をオフにすると共に、間欠駆動信号Ｆ１の出力を停止する。更に駆動制御部５２では、脈拍数Ｎから時間ｔ４及びｔ２を求め、パルス信号Ｐから時間ｔ１＋ｔ２後に間欠駆動信号Ｆ１を高周波発振回路１３に供給する。
【００３０】
このように第２実施形態によれば、予想される脈拍の前後にのみ超音波を発信するだけでなく、この間の超音波を間欠的に発信するので、更に消費電力を下げることができる。
【００３１】
次に第３の実施形態について説明する。
第１及び第２の実施形態では、発信器１１から発信する超音波の周波数を１０ＭＨｚとすることで、血流で変化する反射波の周波数が変化することに着目して周波数変化から脈波を検出するようにしたものである。
これに対して、第３実施形態では、動脈を流れる血流量による超音波の減衰を利用して脈波を取得するようにしたものである。
【００３２】
先ず、本実施形態による脈波検出の原理及び概要について図５を参照して説明する。
動脈は、脈波により血流量が変化すると、超音波が伝搬する場合の伝達係数が変化する。これは、脈波によって動脈の血流量及び血液密度が変化し、超音波の減衰率が変化するためであると考えられる。
本実施形態では、以上の原理に基づいて、発信器１１から動脈に向けて、図５（ａ）に示す超音波を発信する。この場合の超音波の周波数ｆ３は、血流による周波数変調を目的とした超音波の周波数ｆ０＝１０ＭＨｚよりも小さい値であるｆ３＝３２ＫＨｚとすることで、動脈２中を伝搬しながら受信器２１に伝わる。
この超音波が動脈２中の脈流によって減衰しながら伝搬され、図５（ｂ）に示すように、脈拍に対応して減衰（矢印Ｇ部分）した超音波（伝搬波）が受信器２１で受信され、受信した超音波の振幅検波を行うことで図５（ｃ）に示す脈波波形（脈波情報）Ｈが得られるものである。
【００３３】
本実施形態では、このような原理に基づいて、発信器１１から発信される超音波の減衰量の変化を検出することで脈波を検出する。そして、第１実施形態、第２実施形態と同様に、駆動制御部５２から供給される駆動信号Ｆ０又は間欠駆動信号Ｆ１に従って、脈拍の前後のみ超音波ｆ０を発信させる。
本実施形態によれば、発信周波数１０ＭＨｚに対してドップラ効果による周波数変化が２〜４ＫＨｚと小さい値（数％の範囲）であるのに対して、減衰率の変化量は出力パワーの１０％以上であることから、本実施形態では脈波による減衰率の変化をより正確に検出することが可能になる。
また、体動があっても血流量（血流速）自体に変化がないので、超音波の振幅変化に対して体動がノイズとなりにくいため、体動の影響を受けにくい脈波検出とすることができる。
【００３４】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
なお、第４の実施形態における脈波検出装置の構成は、各部の機能や動作、出力信号が一部異なることを除いて、図１に示す第１実施形態の構成と同様であるので、機能等の異なる部分について説明し、同一部分の説明は適宜省略する。
【００３５】
第１の実施形態では、脈拍の前ｔ３（＋α；予想との誤差時間）から超音波が発生され、得られる脈波波形のピークのうち、所定の閾値を超えたものが拍動に対応するピークであると特定される。そして拍動が検出された（パルス信号が発生された）後ｔ１の時間だけ超音波が発信される。
本本実施形態では、予想される脈拍の前後所定の長さだけ超音波が発信され、実際の拍動の検出とは無関係に所定の時間の後に停止されるようになっている。そして、超音波が発信されている間の脈波波形のピークのうち、所定の閾値を超え且つ予想されるタイミングに最も近く発生したピークが、拍動に対応するものとして特定される。
【００３６】
図６は、本実施形態による脈波検出処理の処理の流れを表したフローチャートである。
本実施形態において脈波検出処理が開始されると、まずはじめに、図６に示すように、駆動制御部５２において駆動信号Ｆ０がオン状態とされる。駆動信号Ｆ０オンの状態では、駆動回路１２から高周波信号ｆ０が供給され、発信器１１から超音波ｆ０が発信される（ステップ１）。そして、動脈の血液に反射した反射波が受信器２１で受信される。受信器２１からの反射波に基づく信号は、高周波増幅回路３１、Ｆ／Ｖ変換回路３２、検波回路３３を通り脈波波形に変換され、拍動検出部３５において脈波波形のピークから拍動とそのタイミングが検出される。また、検波回路３３からの脈波波形は拍動検出部３５を介して脈拍数演算部３６に出力され、脈拍数演算部３５において、脈波波形から検出されるピークに基づいて脈拍数Ｎが算出され、駆動制御部５２に出力される（ステップ３）。
【００３７】
尚、上述した駆動開始直後での拍動の検出は、脈波波形（電圧波形）のピークのうち所定の閾値を超えているものを、拍動に対応するものとして検出することができる。また、検波回路３３から出力される電圧波形を微分し、微分した波形のピークのうち所定の閾値を超えているものを拍動に対応するものとして、拍動を検出してもよい。
図７は、検波回路３３から出力される波形と当該波形を微分した波形とを表したものであり、（ａ）は検波回路３３から出力される波形、（ｂ）は（ａ）の波形を微分した波形である。
この図７に示すように、脈波波形は、微分することによって、ノイズによるピークと拍動によるピークとのピークの高さの差が大きくなるので、微分後の波形から拍動に対応するピークを検出ことによって、ノイズが誤検出されるのを良好に回避することができる。
【００３８】
所定時間駆動信号Ｆ０をオンした後、駆動制御部５２は、駆動信号Ｆ０をオフし、発信器１１からの超音波の発信を停止させる（ステップ７）。
そして、駆動信号Ｆ０のオフ後（ステップ７後）、脈拍数演算部３５から取得した脈拍数Ｎと、拍動検出部３５から取得した拍動のタイミングとから、次の拍動のタイミングを予測する（ステップ１１）。
図８は、駆動制御部５２における次の拍動のタイミングの予測及びゾーンの設定について表した説明図である。
この図８に示すように、本実施形態においては、脈拍数演算部３６で脈拍数Ｎに基づいて、拍動として特定された最も新しい（最も最後の）２つのピークＰ００，Ｐ０間の時間間隔ＲＲ０と、拍動のうちタイミングが最も新しい拍動Ｐ０の当該タイミングとから、拍動Ｐ０の次の拍動Ｐ１までの時間間隔ｔ４とが同じであると仮定して、次の拍動Ｐ１のタイミングを予想する。すなわち、拍動Ｐ０のタイミングからｔ４後を、次の拍動のタイミングと予測する。
このように、本実施形態では、次の拍動の予測に、その前に取得された２つの拍動の脈拍間隔ＲＲとを用いており、次の拍動を予測するための演算量が少なくて済み、また、必要な記憶容量を少なく抑えることができる。
【００３９】
次の拍動予測すると、駆動制御部５２は、ゾーン設定処理を行う（ステップ１３）。本例においては、ゾーン設定処理では、駆動信号Ｆ０がオンの時間のゾーン（駆動ゾーンＺ）が決定される。
この駆動ゾーンＺは、図８に示すように、次の脈の予想されるタイミングに対してその前後それぞれに拍動間隔ＲＲ０（＝ｔ４）のＹ％となるように設定される。
【００４０】
図９は、安静・リラックス時においてパルス信号Ｐを検出し、その前のパルス信号Ｐとの間隔ＲＲ、脈拍数Ｎ、及び、脈動の間隔ＲＲの変化の割合を算出した結果をあらわす表である。また、図１０は図９の表を、グラフにしたものであり、（ａ）は、脈動の間隔ＲＲの経時的変化を表し、（ｂ）は、脈拍数Ｎの経時的変化を表し、（ｃ）は、脈動の間隔ＲＲの変化の割合を表したものである。
この図９及び図１０に示すように、安静・リラックス時においては、拍動の間隔や脈拍数は、その前の拍動の間隔や脈拍数に対して、ほぼ±１０％の範囲に入っている。すなわち、その前の拍動間隔と同じ間隔後のタイミング（次の拍動の予想されるタイミング）に対して、拍動間隔の１０％前から１０％後までの間に、実際の次の拍動が検出されている。
従って、安静・リラックス時の脈波検出においては、駆動ゾーンＺを、それぞれ所定時間ｔ４の２０％とすることでほぼ検出することができる。また、２０％以上を超えるようにすれば、更に検出精度を向上させることができる。しかし、ｔ４に対する割合を大きくすると、消費電力が大きくなるので、２０％から５０％程度が好ましい。また、これらの図には示されていないが、運動時や緊張時には、脈波のゆらぎは安静・リラックス時よりも減少するため、駆動ゾーンＺをｔ４の２０％以下、例えば１０％から１５％程度に設定しても、拍動をほぼ正確に検出する事ができる。
【００４１】
尚、駆動ゾーンＺの長さ（Ｙの値）は、ステップ１からステップ７の間等の脈波検出処理の開始時の脈拍数や脈拍間隔に基づいて、被験者が安静・リラックス時にあるか、緊張・運動時にあるかを判断することによって、または、操作者側からの入力によって決定するようにしてもよい。例えば、安静・リラックス時には駆動ゾーンＺの長さをｔ４の２０％に設定し、緊張・運動時にはｔ４の１０％に設定可能としてもよい。このように、被験者の状態に応じて駆動ゾーンＺを増減することにより、一層消費電力を抑えながら、確実に脈拍を検出する事が可能となる。
また、駆動開始に近い間は駆動ゾーンＺの長さ（Ｙの値）を大きくとり、その後の脈拍数や脈拍間隔に応じて、小さくしていってもよい。これにより、測定開始後の間もない間の誤検出を減少させるとともに、被験者の実際の脈波状態に合わせて駆動ゾーンＺを設定し消費電力を抑えることが可能である。
【００４２】
そして、ゾーン設定処理の後（ステップ１３後）、駆動制御部５２は、予想される拍動のタイミングの（ＲＲ０）×（Ｙ％）前（駆動ゾーンＺの開始時）に、駆動信号Ｆ０をオンして発信器１１から超音波ｆ０を発信させ（ステップ１５）、拍動のタイミングの（ＰＲＯ）×（Ｙ％）経過後（駆動ゾーンＺの終了時）に、駆動信号Ｆ０を停止する（ステップ１７）。
駆動信号がオンの間、拍動検出部３５では、検波回路３３から出力される電圧波形（脈波波形）から、拍動に対応するピークが検出される（拍動特定処理）。拍動特定処理は、脈波波形中のピークが１つのみである場合には、このピークが拍動であると決定する。ピークが複数あった場合には、それらのピークのうち、予想した拍動のタイミングに最も近いタイミングで検出されたピークを、拍動によるものとする。そして、脈波波形から拍動によるピークを決定すると、拍動に対応するピークの発生のタイミングを、脈波波形に対応して記録されたタイミングから読みとり、駆動制御部５２に出力する。
また、脈拍数演算部３６では、脈波波形のピークから脈拍数Ｎを算出する。この脈拍数Ｎは表示装置４１に表示されるとともに駆動制御部５２に出力される。
【００４３】
駆動信号Ｆ０のオフ後（ステップ１７後）、駆動制御部５２は拍動検出部３５からの脈拍数Ｎのタイミングの入力の有無を監視し（ステップ２１）、拍動が特定されず拍動検出部３５からの入力がない場合（ステップ２１；Ｎ）には、ステップ３１へ移行し、タイムアウト処理を行う（ステップ３１）。
このタイムアウト処理としては、駆動信号Ｆ０を連続してオンする連続運転に切り替えるか、変動の割合Ｙの値を大きくして駆動信号Ｆ０の出力時間を長く設定する等、拍動に対応するピークが検出され易くなるように設定を変更する処理と、表示装置４１にセンサの位置がずれている可能性がある旨の表示をしたりビープ音を発生して、装着者に注意を促す処理、及び、予測された拍動のタイミングに脈が検出されたと仮定して脈拍数及び拍動の間隔を前回と同じ値とする処理が含まれる。
【００４４】
ステップ２１において拍動検出部３５から拍動のタイミングが入力された場合（ステップ２１；Ｙ）、及びタイムアウト処理の後（ステップ３１後）は、駆動制御部５２は、終了命令の有無を調べ（ステップ２３）、終了命令がない場合（ステップ２３；Ｎ）には、ステップ１１に戻って、新たな拍動のタイミングと脈拍数Ｎから次の拍動のタイミングを予測し、以降同様の処理を繰り返す。
終了命令が検出された場合（ステップ２３；Ｙ）には、脈波検出処理を終了する。
このように、本実施形態では、所定の時間範囲（駆動ゾーンＺ）に亘って全ての脈波波形のピークを検出し、予想される拍動に最も近いタイミングのピークを拍動に対応するものと特定し、拍動を検出している。
【００４５】
次に、本発明の脈波検出装置の第５の実施形態について説明する。
なお、第５の実施形態における脈波検出装置の構成は、各部の機能や動作、出力信号が一部異なることを除いて、第４実施形態の構成と同様であるので、機能等の異なる部分について説明し、同一部分の説明は適宜省略する。
【００４６】
本実施形態においては、駆動ゾーンＺが複数のゾーンに分割されている。即ち、本実施形態においては、駆動ゾーンＺは、予想される拍動のタイミングよりも前の第Ｉゾーン（第１のゾーン）を含み、ゾーン予想される拍動のタイミングを含み第１ゾーンに続く第ＩＩゾーン（第２のゾーン）を含む。本実施形態では駆動ゾーンはこれらの２つのゾーンのみでなっており、検出されたピークについて、そのタイミングがいずれのゾーンに含まれるかを判断し、第Ｉゾーンで検出されたピークについては、脈拍に対応するかどうかを保留しておき、第Ｉゾーンで検出されたピークについては、直ちに拍動に対応したものと特定する。このように、検出されたピークのタイミングがこれらのゾーンのうちのいずれに含まれるかによって、異なる処理を行い、ピークが拍動に対応する確率が高い場合には、そのピーク信号を直ちに拍動に対応したものと特定し、駆動ゾーンＺ内であっもて駆動信号Ｆ０をオフするようになっている。
【００４７】
図１１は、本実施形態による脈波検出処理の流れを表したフローチャートであり、上述の第４実施形態における図６に相当する図である。
この図１１に示すように、本実施形態による脈波検出処理においては、上述の第４実施形態と同様にまず連続駆動を行ってピークのタイミング及び脈拍数Ｎを取得し、これらから、次の拍動のタイミングを予測する（ステップ１〜ステップ１１）。これらの各動作については、第４実施形態と同様である。
【００４８】
そして、次の拍動のタイミングを予測した後は、ゾーン設定処理を行う（ステップ１３）。
図１２は、本実施形態における次の拍動のタイミングの予測及びゾーンの設定について表した説明図である。
本実施形態においては、ゾーン設定処理（ステップ１３）では、図１２に示すように、上述の第４実施形態同様の駆動信号Ｆ０のオンされている時間のゾーン（駆動ゾーンＺ）と、第Ｉゾーン及び第ＩＩゾーンが決定される。
第Ｉゾーンは、駆動ゾーンＺのうち予測した拍動Ｐ１のタイミングよりも時間が手前となる範囲に設定されている。第ＩＩゾーンは、駆動ゾーンＺのうち第Ｉゾーンを除く範囲を亘るように設定されており、予測した拍動Ｐ１のタイミングを含み、第Ｉゾーンの後の時間に設定されている。
この駆動ゾーンＺの範囲、及び、第Ｉゾーンと第ＩＩゾーンの範囲は、脈拍数演算部３６から取得した脈拍数Ｎに基づいて算出する拍動間隔ＲＲ０と、予めメモリに記憶される、取得された拍動から駆動ゾーンＺ開始、第Ｉゾーンと第ＩＩゾーンとの境界、駆動ゾーンＺ終了のそれぞれまでの、拍動間隔ＲＲ０に対する割合（Ａ，Ｂ，Ｃ）とから、決定するようなっている。
【００４９】
そして、ゾーン設定処理で決定された駆動ゾーンＺにきた時に、駆動制御部５２は、駆動信号Ｆ０をオンする（ステップ１５）。
駆動信号がオンの間、拍動検出部３５では、検波回路３３から出力される電圧波形（脈波波形）から、拍動に対応するピークが検出される（拍動特定処理）。
【００５０】
図１３は、本実施形態の拍動検出部３５による拍動決定処理の流れを表したフローチャートである。
この図１３に示すように、拍動決定処理においては、拍動検出部３５は、脈波波形からピークを検出している（ステップ１５１）。そして、ピークが検出されると（ステップ１５１；Ｙ）、取得したピークのタイミングが第Ｉゾーンかどうかを調べ（ステップ１５３）、第Ｉゾーンに入っている場合（ステップ１５３；Ｙ）には、後により予想したタイミングに近いピークが検出される可能性があるので、このピークについて拍動であるとの決定を保留し、検出タイミングのデータをメモりに格納する（ステップ１５５）。このとき、既にメモりにピークのデータが格納されている場合には、第Ｉゾーンで検出されたピークどうしでは、後に検出されたものが予想したタイミングに近いため、格納されているデータを破棄し、新たなピーク信号のデータを上書き格納する。そして、ステップ１５１に戻って再びピークの有無を監視する。
【００５１】
ピークが検出され（ステップ１５１；Ｙ）、そのピークのタイミングが第ＩＩゾーンに入っている場合（ステップ１５３；Ｎ）にはメモリに、保留され格納されているピークのタイミングのデータ（保留データ）があるかどうかを調べ（ステップ１５７）、保留データが無い場合には、このピークは、後に検出されるピークよりも予想したタイミングに近い可能性が大きいので、このピークを拍動によるものとして、拍動を決定し、この拍動のタイミングを制御駆動装置５２に出力する（ステップステップ１５９）。
メモリに保留データが格納されている場合には、この保留データは第Ｉゾーンで検出されたものである。そして、検出されたデータと保留データとのそれぞれについて、予想した拍動のタイミングとのずれを比較し、予想した拍動のタイミングに近いピークを拍動として決定し、駆動制御部５２に出力する（ステップ１６１）。
【００５２】
ステップ１５１においてピークが検出されない場合（ステップ１５１；Ｎ）には、現在の時刻が駆動ゾーン内かどうかを調べ（ステップ１６３）、駆動ゾーンＺを過ぎてタイムアウトしている場合（ステップ１６３；Ｙ）には、メモリに保留データが格納されているかどうかを調べる（ステップ１６５）。メモリ内にデータが格納されている場合には、この保留データは、第Ｉゾーンのうち最も後で検出されたピークのデータである。そしてこの保留データのピークを拍動に対応しているものと決定し、このピークのタイミングを駆動制御部５２に出力する。
ピークが検出されずタイムアウトしていない場合には、ステップ１５１にリターンしてピークの検出の有無の監視を続行する。
拍動に対応したピークが決定され、決定れたピークのタイミングを駆動制御部５２に出力した後（ステップ１５９後、ステップ１６１後）、及びピークが検出されないままタイムアウトになった場合（ステップ１６５；Ｎ）には、拍動決定処理を終了する。
【００５３】
駆動信号Ｆ０をオンにしている間、駆動制御部５２は、拍動検出部３５からの拍動に対応するピークのタイミングの入力の有無を監視する（ステップ１８）。
そして拍動が特定されず拍動検出部３５からの入力がない場合（ステップ２１；Ｎ）には、駆動ゾーンＺを過ぎてタイムアウトとなっているかどうかを判断し（ステップ３０）、タイムアウトとなったている場合（ステップ３０；Ｙ）にはタイムアウト処理を行う（ステップ３１）。タイムアウトとなっていない場合（ステップ３０；Ｎ）には、ステップ１８にリターンし、再び、拍動に対応するピークのタイミングの入力を監視する。
【００５４】
拍動に対応するピークのタイミングが入力されると、駆動制御部５２は制御信号Ｆ０の出力を停止し（ステップ２２）、操作者の入力等による終了命令が無ければ（ステップ２３；Ｎ）、ステップ１１にリターンし、駆動ゾーンＺの決定以降の処理を繰り返す。
終了命令があった場合（ステップ２３；Ｙ）には、そのまま脈波検出処理を終了する。
【００５５】
この様に、本実施形態では、予測される拍動の前後所定範囲の駆動ゾーンＺを、予測される拍動のタイミングより時間が手前の第１ゾーンと、予測される拍動を含み第１ゾーンの後に続く第ＩＩゾーンとに区分設定し、ピーク信号が第Ｉゾーンで検出されず第ＩＩゾーンで初めて検出された場合には、そのピーク信号をパルス信号として決定する。そして、パルス信号が決定されると直ちに駆動回路５２を停止し超音波の出力を停止する。
従って、本実施形態では、駆動ゾーンＺ全範囲を経過する前にパルス信号が決定されることがあり、パルス信号が決定されると直ちに超音波の出力を停止するので、演算量が少なくてすみ、且つ、超音波出力のための電力消費を効果的に抑えることができる。
【００５６】
続いて、本発明の第６の実施の形態について説明する。
なお、第６実施形態における脈波検出装置の構成は、各部の機能や動作、出力信号が一部異なることを除いて、上述の第５の実施形態と同様であるので、機能等の異なる部分について説明し、同一部分の説明は省略する。
【００５７】
図１４は、拍動検出部３５における次の拍動のタイミングの予測及びゾーンの設定について表した説明図である。
【００５８】
本実施形態においては、ゾーン設定処理（ステップ１３）では、図１４に示すように、上述の実施形態同様の駆動信号Ｆ０のオンされ時間のゾーン（駆動ゾーンＺ）と、第Ｉゾーン、第ＩＩゾーン、及び第ＩＩＩゾーンが決定される。
第Ｉゾーンは、駆動ゾーンＺのうち予測した拍動Ｐ１のタイミングよりも時間が手前となる範囲に設定されている。第ＩＩゾーンは、駆動ゾーンＺのうち第Ｉゾーンの後の時間であり予測した拍動Ｐ１のタイミングを含むゾーンであり、第ＩＩＩゾーンは、第Ｉゾーン及び第ＩＩゾーンを除く範囲を亘るように設定されている。また本実施形態においては、第Ｉゾーンの経過時間と第ＩＩＩゾーンの経過時間は等しくなるように設定されている。
【００５９】
この駆動ゾーンＺの範囲、及び、第Ｉゾーンと第ＩＩゾーンの範囲は、脈拍数演算部３６から取得した脈拍数Ｎに基づいて算出する拍動間隔ＲＲ０と、予めメモリに記憶される、取得された拍動間隔ＲＲ０に対する駆動ゾーンＺの割合（Ｙ％）及び第ＩＩゾーンの割合（Ｄ％）とから、決定する事ができる。
【００６０】
図１５は、本実施形態の拍動決定処理の流れを表したフローチャートである。
この図１５に示すように、拍動決定処理においては、拍動検出部３５は脈波波形からピークを検出している（ステップ２５１）。そしてピークを検出すると（ステップ２５１：Ｙ）、取得したピークのタイミングが第Ｉゾーンかどうかを調べる（ステップ２５３）。第Ｉゾーンに入っている場合（ステップ２５３；Ｙ）には、後に、予想したタイミングにもっと近いピークが検出される可能性があるので、ピークについて拍動に対応したものかどうかの決定を保留し、検出タイミングのデータをメモりに格納しておく（ステップ２５５）。
尚、このときすでに保留されたデータがある場合には、すでにあるデータは第Ｉゾーンにおいてより先に検出されたピークのものである。第Ｉゾーンで検出されたピーク信号どうしでは、後に検出されたものが予想したタイミングに近いため、格納されているデータを破棄し、新たなピーク信号のデータを上書き格納する。
そして、ステップ２５１にリターンする。
【００６１】
第Ｉゾーンを経過し（ステップ２５１；Ｙかつステップ２５３；Ｎ）第ＩＩゾーンにおいてピーク信号が検出された場合（２６１；Ｙ）には、第ＩＩゾーンは他の第Ｉゾーンや第ＩＩＩゾーンよりも予想される拍動のタイミングに近いことから、メモリに保留されたデータの有無にかかわらず、この第ＩＩゾーンで検出されたピークを拍動に対応するものとして決定し、このデータ駆動制御部５２に出力し（ステップ２６３）、拍動決定処理を終了する。
【００６２】
第ＩＩＩゾーンにおいてピーク信号が検出された場合には（ステップ２５１；Ｙ、２５３；Ｎ、２６１；Ｎ）、メモリに保留データが格納されているかどうかを調べる（ステップ２６５）。保留データが無い場合（ステップ２６５；Ｎ）には、第ＩＩＩゾーンにおいて初めてピーク信号が検出されており、且つ後に検出されるピーク信号よりも予想したタイミングに近いため、このピークを拍動に対応したものとして決定し、このデータ駆動制御部５２に出力し（ステップ２６９）、拍動決定処理を終了する。
第ＩＩＩゾーンにおいてピーク信号が検出され、メモリに既に格納されたデータがある場合（ステップ２６５；Ｙ）には、メモリにデータが格納されているのは第Ｉゾーンのピークのものである。そしてこの第Ｉゾーンのピークのタイミングと新たに検出された第ＩＩＩゾーンのピーク信号のタイミングとのそれぞれについて、予想したタイミングとのずれを比較し、予想したタイミングに近いピークを拍動に対応したものと検出し、このデータを駆動制御部５２に出力して（ステップ２６７）、拍動決定処理を終了する。
【００６３】
ステップ２５１においてピークが検出されないまま（ステップ２５１；Ｎ）駆動ゾーンＺを経過しタイムアウトとなった場合（ステップ２５７；Ｙ）には、保留データがあるかどうかを調べる。このとき保留されているデータは、第Ｉゾーンにおいて検出されたピークのデータである。そして保留データがある場合（ステップ２５９）には、このピークを拍動に対応したものと決定してこのデータを駆動制御部５２に出力し（ステップ２６７）、拍動決定処理を終了する。
ピークが検出されず（ステップ２５１；Ｎ）タイムアウトになり（ステップ２５７；Ｙ）保留データがない場合（ステップ２５８；Ｎ）は、拍動決定処理が開始してからピークが検出されないままタイムアウトになった場合である。このときは、駆動制御部５２にデータを出力することなくそのまま拍動決定処理を終了する。
【００６４】
この様に、本実施形態においては、予測される次の拍動の前後所定範囲の駆動ゾーンＺを、予測される拍動のタイミングより時間が手前の第Ｉゾーンと、予測される拍動を含み第Ｉゾーンの後に続く第ＩＩゾーンと、第ＩＩゾーンに続く第ＩＩＩゾーンに区分設定し、ピークが第Ｉゾーンで検出されず第ＩＩゾーンで初めて検出された場合には、そのピークを拍動に対応するものと決定する。そして、拍動が決定されると直ちに駆動回路５２を停止し超音波の出力を停止する。
従って、本実施形態では、駆動ゾーンＺの全範囲を経過する前に拍動が決定されることがあり、拍動が決定されると直ちに超音波の出力を停止するので、演算量が少なくてすみ、且つ、超音波出力のための電力消費を効果的に抑えることができる。
【００６５】
以上本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の範囲において他の実施形態を採用し、また、変形することが可能である。
例えば、説明した実施形態では、間欠駆動信号Ｆ１により超音波の発信及び反射波（伝搬波を含む）の受信の両者を間欠的に駆動するようにしたが、本発明では、いずれか一方のみ間欠駆動するようにしても、従来に比べて消費電力を小さくすることができる。
【００６６】
また、高周波発振回路１３による間欠駆動により出力する高周波ｆ０の出力タイミングと、高周波増幅回路３１〜検波回路３３における反射波ｆ１に対する処理タイミングとを、調整可能にしてもよい。
このように発信側、又は受信側の間欠駆動タイミングを調整可能にすることで、発信と受信の立ち上がり時間を最適な状態に調整することができる。例えば、発信側の駆動タイミングよりも所定時間だけ遅れて受信側の駆動を開始することで、発信を開始してから超音波の出力が安定するまでの間は受信側で受信しないようにすることができる。
【００６７】
また脈波検出装置において、発信側の駆動時間と受信側の駆動時間を独立して調整可能にしてもよい。例えば、受信側の駆動時間を短くすることで、安定した超音波を確実に受信することができる。逆に、受信側の駆動時間を長くすることで、発信された超音波の全てを確実に受信することができる。
また、脈波検出装置において、間欠駆動する駆動時間と、駆動停止時間の比率を調節可能にしてもよい。駆動時間と駆動停止時間を調節可能にすることで、消費電力を下げながら最適な駆動とすることができる。駆動時間と停止時間の比率は、送信側と受信側の双方に対して調節可能としてもよく、いずれか一方だけ調節可能としてもよい。
【００６８】
また説明した第２実施形態では、間欠駆動信号の周波数Ｆ１をＦ１＝６４Ｈｚとしたが、想定される最大脈拍数の倍以上の周波数で間欠駆動すればよい。例えば、想定最大脈拍数を２４０拍／分として、間欠駆動信号の周波数をＦ１＝８Ｈｚ、又はそれ以上の周波数としてもよい。Ｆ１＝８Ｈｚとする場合、駆動制御部５２は、３２ＫＨｚの発振信号を１／４０００に分周する。
また、間欠駆動信号を周波数Ｆ１＝１２８Ｈｚとしてもよい。このように、間欠駆動信号を、商用電力の周波数の倍以上の周波数とすることで、商用周波数によるノイズの影響を受けにくくすることができる。この場合、駆動制御部５２は、３２ＫＨｚの発振信号１／２５０に分周する。
また脈波検出装置において、間欠駆動信号を、商用電力の周波数の倍以上の周波数で、かつデューティー比が最も低くなる周波数としてもよい。
【００６９】
また、説明した第１実施形態では、図１に示すように、駆動制御部５２から出力される間欠駆動信号Ｆ１を高周波発振回路１３に供給したが、駆動回路１２に供給するようにしてもよい。この場合、高周波発振回路１３は、ｆ０＝１０ＭＨｚの高周波を連続的に駆動回路１２に供給し、駆動回路１２では、間欠駆動信号Ｆ１に応じて間欠的に増幅処理して発信器１１に供給する。
【００７０】
また説明した各実施形態では、駆動制御部５２が脈拍と次の予想脈拍との時間ｔ４を脈拍数演算部３６から供給される脈拍数Ｎを使用して求めているが、拍動検出部３５から供給される１つ前のパルス信号からの時間を駆動制御部５２で計測し、これを次の脈拍間での予想時間ｔ４としてもよい。
【００７１】
上述の各実施形態においては、脈波情報取得手段としての拍動検出部２５において、電圧波形のピークが検出され、脈拍数演算部３６において電圧波形に基づいて脈拍数Ｎが取得され、この脈拍数Ｎに基づいて、駆動制御部５２において発信器１１から超音波を発信する所定時間ｔ４が決定されている。
しかし、発信器１１から超音波を発信する所定時間ｔ４は、脈波情報取得手段で取得された脈波情報に基づいて決定されなくてもよい。例えば、脈波検出装置の記憶部に予め記憶された時間とすることもできる。この場合、記憶部には安静時を想定して１０００ｍｓｅｃ（６０拍／秒）や８５７ｍｓｅｃ（７０拍／秒）等の所定の時間を１つだけ記憶しておいても、上述のような安静時の値及び緊張時・運動時の値等の複数の値を記憶しておき操作者が選択可能としてもよい。また、操作者がボタン等によって入力したものを記憶しこの値を所定時間ｔ４とするようにしてもよい。
【００７２】
また、上述の各実施形態においては脈拍数に基づいて所定時間ｔ４が決定されているが、脈波情報から拍動間隔が取得され、この拍動間隔に基づいて所定時間ｔ４が決定されるようにしてもよい。
【００７３】
上述の各実施形態においては、脈波検出装置を駆動開始した直後は駆動制御部５２から駆動信号Ｆ０を連続出力して脈拍数を取得し、以降、間欠駆動に切り替えているが、脈拍数が６０拍／分（ｔ４＝１０００ｍｓｅｃ）、あるいは７０拍／分（ｔ４＝８５７ｍｓｅｃ）と仮定して、はじめから間欠駆動することもできる。
また、所定の時間間隔に得られた連続する複数の拍動間の間隔の変化や連続する脈拍の脈拍数の変化を取得し、これらの変化のいずれかから所定時間ｔ４を決してもよい。例えば、図１６に示すように、連続する拍動間隔が脈拍数がほぼ７％減少している場合には、次の拍動間隔も前回の７％減少した値の前後の範囲Ｄを予想し、この拍動間隔に基づいて次の脈拍や所定時間ｔ４を予想する。このように、拍動の間隔や脈拍数の変化を考慮に入れて次の脈拍を予想することにより、運動の開始や終了、緊張等によって脈拍が変化している場合においても、高い精度で次の脈拍を予想することが可能となる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の脈波検出装置によれば、次の脈拍を予想し、予想される次の脈拍を含む所定時間だけ超音波を発信するようにしたので、低消費電力で脈波を検出することができ、使用時間を延ばすことができる。
更に本発明の脈拍検出装置によれば、予想される次の脈拍を含む所定時間だけ間欠的に超音波を発信するので、さらに消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における脈波検出装置の構成図である。
【図２】同上、脈波検出装置の各構成部分における出力波形を表した説明図である。
【図３】同上、時計に組み込んだ脈波検出装置により脈波を検出する状態を表した説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態における各構成部分の出力波形を表した説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態における脈波検出の原理及び概要についての説明図である。
【図６】本発明の第１から第３の各実施形態による脈波検出処理において、駆動制御部で行われる処理の流れを表したフローチャートである。
【図７】同上、脈波検出処理において、検波回路から出力される波形と当該波形を微分した波形とを表すものであり、（ａ）は検波回路から出力される波形、（ｂ）は（ａ）の波形を微分した波形である。
【図８】同上、駆動制御部における次の拍動のタイミングの予測及びゾーンの設定について表した説明図である。
【図９】安静・リラックス時においてパルス信号Ｐを検出し、その前のパルス信号Ｐとの間隔ＲＲ、脈拍数Ｎ、及び、脈動の間隔ＲＲの変化の割合を算出した結果をあらわす表である。
【図１０】図９の表を、グラフにしたものであり、（ａ）は、脈動の間隔ＲＲの経時的変化を表し、（ｂ）は、脈拍数Ｎの経時的変化を表し、（ｃ）は、脈動の間隔ＲＲの変化の割合を表したものである。
【図１１】本発明の第４実施形態において行われる脈波検出処理の流れを表したフローチャートであり、前記第１から第３の実施形態における図６相当図である。
【図１２】同上、駆動制御部における次の拍動のタイミングの予測及びゾーンの設定について表した説明図である。
【図１３】同上、パルス信号決定処理の流れを表したフローチャートである。
【図１４】本発明の第５実施形態において駆動制御部により行われる次の拍動のタイミングの予測及びゾーンの設定について表した説明図である。
【図１５】同上、パルス信号決定処理の流れを表したフローチャートである。
【図１６】本発明の他の実施形態における所定時間ｔ４の決定手法を表した説明図である。
【図１７】ドップラ効果による超音波の周波数変化の様子を表した説明図である。
【符号の説明】
２  動脈
１１  発信器
１２  駆動回路
１３  高周波発振回路
１９  センサ
２１  受信器
３１  高周波増幅回路
３２  Ｆ／Ｖ変換回路
３３  検波回路
３５  拍動検出部
３６  脈拍数演算部
４１  表示装置
５２  駆動制御部
６０  時計
６１  時計本体
６２  ベルト
６３  時計表示部
６４  脈拍数表示部
６５  脈拍表示部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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