(57)【要約】【課題】非接触で生体の周面長を測定することのできる脈拍測定器およびその測定方法を提供する。【解決手段】小指に繋がる掌の側縁部で脈拍を測定するので、その部位は手を屈曲したり、ねじったりしても、変形やねじれが少ない部位である。したがって、その部位で脈拍を測定すれば、正確に脈拍を測定することができる。また、手や指などを使用する運動時（例えば自転車競技など）においても、運動の妨げにならずに脈拍を測定することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小指に繋がる掌の側縁部に密着する密着部を備え、
その密着部に、赤外線を照射する発光部とその発光部からの赤外線を受光する受光部とを配設し、
前記赤外線で小指に繋がる掌の側縁部における血管を流れる血液の流通間断状態を検知することにより、人体の脈拍を測定することを特徴とする脈拍測定器。 
【請求項２】
前記受光部は、前記発光部から出射した赤外線を、小指に繋がる掌の側縁部で反射させて受光することを特徴とする請求項１に記載の脈拍測定器。 
【請求項３】
前記受光部は、前記発光部から出射した赤外線を、小指に繋がる手の甲の側縁部から小指に繋がる掌の側縁部まで透過させて受光することを特徴とする請求項１に記載の脈拍測定器。
【請求項４】
前記血液の流通間断状態は、前記血液中の赤血球の流量変化または血液中の赤血球の濃度の変化により検知することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の脈拍測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は脈拍測定器、詳しくは赤外線を照射することにより脈拍を測定する測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を照射して脈拍を測定する医療用の脈拍計や運動用の脈拍計が知られている。その脈拍計は、光を手の甲などに照射して、毛細血管内を通る血液の反射を読み取って、血液の濃度の変動により脈拍を検出するものである。
例えば、特許文献１には、指の付け根部に光を照射させ、その指の付け根部を透過させて脈拍を測定する脈拍計が開示されている。
また、特許文献２には、取り付けバンドの締め付けがきつかったり、ゆるかったりした場合でも正確に脈拍が測定できる脈拍計が開示されている。この特許文献２の発明は、指の腹部で脈拍を計測するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４４３６７号公報
【特許文献２】特開２００６−５５５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献に記載の脈拍計は、指の付け根部や指の腹部で測定するもので、手で物を握ったり、手を屈曲したりすると、測定部分での変形やねじりが生じやすい。このため、光を照射する発光部やその光を受光する受光部で測定する測定箇所が圧迫されて、正確な脈拍の測定ができなくなってしまう。
また、特許文献２に記載の脈拍計は、指の腹部で測定しているが、自転車競技の選手が自転車に乗ってハンドルを握っている状態では、ハンドルと測定箇所とが接触して、脈拍測定時の運動の妨げになってしまう。
【０００５】
そこで、本願発明者らは、小指に繋がる掌の側縁部に着目し、手を屈曲させた状態であっても、その部位が変形やねじりが少なく正確に脈拍が測定できることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
この発明は、手や指を自由に動かすことが可能で、手を屈曲した状態でも正確に測定することができる脈拍測定器を提供することを目的とする。
また、この発明は、運動時において妨げにならずに脈拍を測定することができる脈拍測定器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明では、小指に繋がる掌の側縁部に密着する密着部を備え、その密着部に、赤外線を照射する発光部とその発光部からの赤外線を受光する受光部とを配設し、前記赤外線で小指に繋がる掌の側縁部における血管を流れる血液の流通間断状態を検知することにより、人体の脈拍を正確に測定することを特徴とする。
【０００８】
（２）本発明は、前記（１）において、前記受光部は、前記発光部から出射した赤外線を、小指に繋がる掌の側縁部で反射させて受光することを特徴とする。
【０００９】
（３）本発明は、前記（１）において、前記受光部は、前記発光部から出射した赤外線を、小指に繋がる手の甲の側縁部から小指に繋がる掌の側縁部まで透過させて受光することを特徴とする。
【００１０】
（４）本発明は、前記（１）から（３）において、前記血液の流通間断状態は、血液の流量の変化または血液の濃度により検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、手を屈曲したりしても、小指に繋がる掌の側縁部は、手や指を屈曲したりねじったりしても、変形やねじれが少ない部位であるので、その部位における血管を流れる血液の流通間断状態を検知することにより脈拍を測定すれば、正確に脈拍を測定することができる。また、手や指などを使用する運動時（例えば自転車競技など）においても、運動の妨げにならずに脈拍を測定することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記受光部は、発光部から出射した赤外線を、小指に繋がる掌の側縁部で反射させるので、その小指に繋がる掌の側縁部において反射させた赤外線を受光することにより脈拍を測定することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記受光部は、発光部から出射した赤外線を、小指に繋がる手の甲の側縁部から小指に繋がる掌の側縁部まで透過させるので、その小指に繋がる掌の側縁部において透過させた赤外線を受光することにより脈拍を測定することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、血液中の赤血球にはヘモグロビンが含まれており、そのヘモグロビンは赤外線を吸収する特性を有しているので、血管に流れるヘモグロビンの流量または濃度の変化を、赤外線を血液に照射し、反射または透過した赤外線量で計測することにより脈波を計測することができる。すなわち、血液の流通間断状態とは血液の流量の変化または血液の濃度の変化であり、その変化を反射または透過させる赤外線量で変化で脈波として計測する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本実施形態に係る脈拍測定器は、小指に繋がる掌の側縁部に密着する密着部を備え、その密着部に、赤外線を照射する発光部とその発光部からの赤外線を受光する受光部とを配設し、前記赤外線で小指に繋がる掌の側縁部における血管を流れる血液の流通間断状態を検知することにより、人体の脈拍を正確に測定するようにしたものである。
すなわち、血流を利用して脈拍を測る場合、測定個所としては毛細血管が集中している身体の末端部分が適している。そして、身体の末端部においても、また取扱いの利便性からも手が適しており、その中にあって、小指に繋がる掌の側縁部は、屈曲せずねじにくい部位であり、常に安定した状態で脈拍を測定できる部位である。したがって、小指に繋がる掌の側縁部で脈拍を測定可能とすれば、例えば、自転車競技時においてハンドルなどを手に握った状態でも、ハンドルと密着部との接触場所が少なく、また指などを屈曲させても測定部位の変形が少ないため、正確な測定が期待できる。
【００１６】
一般的に、人間の大事な血管（大動脈）は、人体の内側に配されており、深部に流れている。一方、赤外線を利用して脈拍を計測するに適した毛細血管は、人体の末端部で、かつ表面側に多く配されている。本願発明では、身体の末端部であって、極めて可動し難い部位として、小指に繋がる掌の側縁部に流れる血液の流通間断状態を検知することにより脈拍を測定するものである。小指に繋がる掌の側縁部は毛細血管を多く有しているので、脈拍を測定するのに最適であるといえる。
【００１７】
前記血液の流通間断状態は、前記血液中の赤血球の流量変化または血液中の赤血球の濃度の変化により検知する。血液中の赤血球にはヘモグロビンが含まれており、そのヘモグロビンは赤外線を吸収する特性を有している。血管に流れるヘモグロビンの流量または濃度の変化を、赤外線を血液に照射し、反射または透過してくる赤外線量で計測することにより脈波を計測する。
【００１８】
本実施形態における脈拍測定器は、脈拍を測定するのに赤外線を照射する発光部と、その照射した赤外線を受光する受光部とを前記小指に繋がる掌の側縁部を測定する密着部に配設している。
【００１９】
また、本実施形態における脈拍測定器は、発光部から出射した赤外線を、小指に繋がる掌の側縁部で反射させて受光する反射型の脈拍測定器である。または、発光部から出射した赤外線を、小指に繋がる手の甲の側縁部から小指に繋がる掌の側縁部まで透過させて受光する透過型の脈拍測定器である。
【００２０】
以下、本願発明の実施の形態について、図面を参照しながらより具体的に説明する。
図１は本実施形態に係る脈拍測定器の全体構成を示す説明図、図２は反射型脈拍測定器の発光部と受光部との関係を示す模式的説明図、図３は透過型脈拍測定器の発光部と受光部との関係を示す模式的説明図、図４は検出回路を説明する回路図、図５は、脈拍表示変換回路を説明するブロック図、図６は同脈拍測定器を手に装着した状態を説明する説明図、図７はハンドルを握った状態を説明する説明図、図８はＵＳＢポートを備えた脈拍測定器を説明する説明図である。
【００２１】
本実施形態に係る脈拍測定器１０は、手に装着し、赤外線を利用して毛細血管の血流から脈拍を測定するものであって、図１に示すように、赤外線を照射する発光部１１および照射した赤外線を受光する受光部１２を備え、小指に繋がる掌の側縁部３０（図２および図３参照）に密着可能に形成した測定部をなす密着部２０と、脈拍の測定結果を表示する表示部１３を備え、手首に装着して締め付け可能とした装着部１４とを一体的に形成した構成としている。
【００２２】
具体的には、図１に示すように、装着部１４は、その本体がゴム製で柔軟で伸縮自在に形成され、時計バンドのように手首に巻き付ける巻付け部１６と、発汗に対応できるようにメッシュ状に構成され、前記巻付け部１６から垂直に枝分かれに形成した密着部２０から前記巻き付け部１６の長手方向に伸延させて親指側で固定可能とした固定部１５とから構成される。
巻付け部１６は、時計バンドのように、一端に留めピン７を設けるとともに、他端側には複数個の留め孔１７を形成した留め具構造を有している。
また、固定部１５には、親指を通す差込み孔１８が大きなえぐり状に形成され、手掌部の大小（手の大きさの違い）を吸収する。同固定部１５の先端には、手に本体を装着した後、前記巻付け部１６に固定するための面ファスナー１９を設けている。面ファスナー１９は、ゴムやゴム編布のような伸縮自在ベース材を用いて形成され、巻きつけ緩みを抑えている。
【００２３】
表示部１３は、液晶ディスプレイなどを備えたもので、測定した脈拍の結果などを表示するものである。すなわち、図１に示すように、表示部１３は、腕時計の表示部１３のように、前記巻付け部１６の中途部上面に配設されている。これにより、手に装着した状態で、表示部１３において、その測定結果を例えば数値で確認することができる。また、密着部２０と表示部１３とは、フレキシブルな配線２６で連結されている。
【００２４】
密着部２０は、前述したように、前記巻付け部１６から垂直に枝分かれした状態で形成されており、赤外線を照射する発光部１１と受光部１２とを備えた検出回路３１を有している。
図２に示すように、前記密着部２０の内部には、折り曲げ自在なフレキシブル基板２７が配設されている。そのフレキシブル基板２７上に、赤外線ＬＥＤ２２とフォトダイオード２３とを備えた検出回路３１が配設されている。そして、赤外線ＬＥＤ２２およびフォトダイオード２３の表面は保護ガラスで保護されている。
【００２５】
発光部１１は、小指に繋がる掌の側縁部３０に赤外線を照射するものである。発光部１１は、赤外線ＬＥＤ２２を発光素子として使用する。脈拍測定器１０で使用される赤外線は、略７８０ｎｍ〜８７０ｎｍの波長を有している。
【００２６】
受光部１２は、小指に繋がる掌の側縁部３０から反射してくる赤外線を受光するものである。そして、その赤外線量の時間的変化を測定することにより脈拍を捉える。受光部１２は、フォトダイオード２３を使用して、前記赤外線ＬＥＤ２２から照射した赤外線を、小指に繋がる掌の側縁部３０で反射または透過により受光するものである。
【００２７】
発光部１１と受光部１２との配置により、上述した反射型の脈拍測定器１００に代えて透過型の脈拍測定器２００とすることができる。
反射型の脈拍測定器１００は、小指に繋がる掌の側縁部３０から反射してくる赤外線を受光するものであって、図２に示すように、受光部１２は、赤外線を照射する発光部１１と、所定距離を有して近接させて配設されている。または、発光部１１を子指の方向に２つ並べて配設し、２つの発光部１１の中央部に受光部１２を配設するようにしてもよい。
【００２８】
一方、透過型の脈拍測定器２００は、発光部１１から出射した赤外線を、小指に繋がる手の甲の側縁部から小指に繋がる掌の側縁部３０まで透過させて受光することにより脈拍を測定するものである。すなわち、透過型の脈拍測定器２００は、図３に示すように、小指に繋がる手の甲の側縁部に赤外線を照射する発光部１１を備え、小指に繋がる掌の側縁部３０に赤外線を受光する受光部１２を備えている。そして、発光部１１から赤外線を照射させて手の内部を透過させて、その赤外線を小指に繋がる掌の側縁部３０で受光する。
【００２９】
ところで、前記密着部２０は、赤外線ＬＥＤ２２とフォトダイオード２３とを備えた検出回路３１を有している。図４に示すように、検出回路３１には、赤外線ＬＥＤ２２とフォトダイオード２３とが並列に配設され、フォトダイオード２３の出力段にそのフォトダイオード２３の出力を増幅する出力用トランジスタ２４が配設されている。また、出力用トランジスタ２４のエミッタ側には保護用の抵抗２５が設けられている。
【００３０】
前記検出回路３１で赤外線を検出することにより、図５に示す脈拍表示変換回路３５にて脈拍表示に変換する。この脈拍表示変換回路３５は、前記密着部２０または表示部１３に配設される。その脈拍表示変換回路３５は、前記検出回路３１と、Ａ／Ｄコンバータ３２と、ＦＦＴ３３（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換回路）と、脈拍解析アルゴリズムとで構成されている。
【００３１】
図５に示すように、Ａ／Ｄコンバータ３２は、フォトダイオード２３で赤外線を受光したアナログ的な波状の波形を複数個のパルスを有する信号に変換するものである。ＦＦＴ３３は、信号の中にどの周波数成分がどれだか含まれているかを抽出する処理を行うとともに、入力波形をいくつかのグループに分けて計算し、計算順序の工夫を行っている。脈拍解析アルゴリズム３４は、前記周波数成分から脈拍の変動解析を行うもので、表示部１３に対して脈拍のピッチを表示させる。
【００３２】
次に、本実施形態に係る脈拍測定器１０の使用方法について説明する。
まず、密着部２０を小指に繋がる掌の側縁部３０に密着させながら、脈拍測定器１０の本体を手に装着する。次いで、図６に示すように、巻付け部１６のベルトを嵌め込んで手首に固定するとともに、差込み孔１８に親指を通しながら固定部１５を面ファスナー１９で固定する。
【００３３】
この後、図６に示すように、本体を手に装着した状態で、密着部２０の赤外線ＬＥＤ２２から赤外線を小指に繋がる掌の側縁部３０に向けて照射する。すると、小指に繋がる掌の側縁部３０において、赤外線を反射させて受光部１２で受光する。小指に繋がる掌の側縁部３０において、毛細血管に流れる血液の濃度の変動をフォトダイオード２３により反射または透過する赤外線量で読み取る。その赤外線量で読み取った血液の濃度の変化に伴い、その濃度変化に応じて波形が出力される。
【００３４】
赤外線をフォトダイオード２３で受光し、増幅トランジスタで出力した波形は、赤外線の照度の変動によるアナログ的な波状の波形である。次いで、そのアナログ的な波形を、Ａ／Ｄコンバータ３２に入力することにより、複数個のパルス信号を備えた信号波形に変換する。さらに、ＦＦＴ３３において、信号の中にどの周波数成分がどれだか含まれているかを抽出する処理を行うとともに、入力波形をいくつかのグループに分けて計算し、計算順序の工夫を行う。さらに、脈拍解析アルゴリズム３４において、前記周波数成分から脈拍の変動解析を行う。最後に、表示部１３において、脈拍のピッチを表示させる。
【００３５】
このようにして、小指に繋がる掌の側縁部３０は、手を屈曲したり、ねじったりしても、変形やねじれが少ない部位であるので、正確に脈拍を測定することができる。また、図７に示すように、自転車競技でハンドル３６を握った状態においても、その運動の妨げにならずに脈拍を測定することができる。
【００３６】
また、上述してきた本実施形態に係る脈拍測定器１０は、表示部１３を一体的に備えた構成とし、脈拍測定器１０を装着した被測定者がいつでも簡便に脈拍数の確認を可能としているが、脈拍測定器１０は必ずしも表示部１３を備えてなくてもよい。表示部１３と赤外線ＬＥＤ２２とフォトダイオード２３とを備えた検出回路３１を備えた測定部（密着部２０）とは分離していても構わない。以下、表示部１３と測定部（密着部２０）とが分離した変形例について説明する。図８は、ＵＳＢポート３９を備えた脈拍測定器１０を説明する説明図である。
図８に示すように、変形例に係る脈拍測定器１０は、パソコンと接続可能なＵＳＢポート３９を有する構成としており、このＵＳＢポート３９とパソコンとをＵＳＢケーブル４１で接続すれば、パソコンの画面上に脈拍の結果を表示することができる。４０はＵＳＢケーブル４１のＵＳＢコネクタである。
【００３７】
より具体的に説明すると、図示するように、掌に巻回状態に装着する装着ベルト３７に、赤外線を照射する受光部１２と、その反射または透過により赤外線を受光する受光部１２とを備えた密着部２０を配設する。この密着部２０は、小指に繋がる掌の側縁部３０に当節可能に前記装着ベルト３７に連設されている。
そして、その密着部２０の表面に、当該密着部２０に内蔵された基板と接続したＵＳＢポート３９を設けている。したがって、脈拍測定器１０とパソコンとをＵＳＢケーブル４１で接続すれば、パソコンの画面上に脈拍の結果を表示することができる。例えば、運動時での脈拍の解析をしたい場合に、パソコン上でその解析を行うことができる。
【００３８】
上述してきた実施形態より、以下の脈拍測定器１０が実現する。
小指に繋がる掌の側縁部３０に密着する密着部２０と、その密着部２０に、赤外線を照射する発光部１１とその発光部１１からの赤外線を受光する受光部１２とを配設し、前記赤外線で掌の側縁部における血管を流れる血液の流通間断状態を検知することにより、人体の脈拍を測定する脈拍測定器１０。
【００３９】
前記受光部１２は、前記受光部１２は、前記発光部１１から出射した赤外線を、小指に繋がる掌の側縁部３０で反射させて受光する脈拍測定器１０。
【００４０】
前記受光部１２は、前記発光部１１から出射した赤外線を、小指に繋がる手の甲の側縁部から小指に繋がる掌の側縁部３０まで透過させて受光する脈拍測定器１０。
【００４１】
前記血液の流通間断状態は、血液の流量の変化または血液の濃度により検知する脈拍測定器１０。
【００４２】
なお、本発明を実施形態を通して説明したが、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、脈拍測定器としては、小指に繋がる掌の側縁部に密着する密着部を備え、その密着部に、赤外線を照射する発光部とその発光部からの赤外線を受光する受光部とを配設したものであればよく、その要旨を逸脱しない限り、具体的な構成は設計変更可能である。例えば、図８に示した例において、装着ベルト３７を廃止し、密着部２０に貼着シートを設けて、密着部２０を、あたかも湿布薬や絆創膏を貼着するように、小指に繋がる掌の側縁部３０に単独で密着状体に装着可能としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係る脈拍測定器の全体構成を示す側面図である。
【図２】本実施形態に係る反射型の脈拍測定器の発光部と受光部との関係を示す説明図である。
【図３】本実施形態に係る透過型の脈拍測定器の発光部と受光部との関係を示す説明図である。
【図４】本実施形態に係る脈拍測定器の検出回路を説明する回路図である。
【図５】本実施形態に係る脈拍測定器の全体構成を示す側面図である。
【図６】本実施形態に係る脈拍測定器を手に装着した状態を説明する説明図である。
【図７】本実施形態に係る脈拍測定器を装着し、ハンドルを握った状態を説明する説明図である。
【図８】本実施形態に係るＵＳＢポートを備えた脈拍測定器の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  脈拍測定器、
１１  発光部、
１２  受光部、
２０  密着部、
３０  小指に繋がる掌の側縁部。
【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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