脉波测量装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种脉波测量装置。第一受光部沿生物体的接触面从与该生物体接触并向该生物体的内部照射规定波长的光的发光部隔开第一距离而配置，用规定压力压迫生物体的第一部位并从第一部位接收在该生物体内反射的光。第二受光部沿生物体的接触面从与该生物体接触并向该生物体的内部照射规定波长的光的发光部隔开比第一距离更长的第二距离而配置，用规定压力压迫生物体中与第一部位不同的第二部位并从第二部位接收在该生物体内反射的光。测量部根据分别表示第一受光部所接收的光和第二受光部所接收的光的各信号测量生物体的脉波。
【专利说明】脉波测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量生物体的脉波的装置。
【背景技术】
[0002]由于脉波作为血液的容积的变化被体现，所以光电脉波传感器能够通过捕捉作为测量对象的部位的血量的变化而测量脉波。但是，血液的容积除了随心脏的跳动(即脉波)变化外，还会随人体的活动(以下称为体动)而变化。因此，当利用光电脉波传感器测量脉波时，在从心脏到检测部位的输送过程中，会有波动中含有体动引起的噪声的情况。即，由于血液是流体，血管有弹性，从而由体动产生的血液的流动引起血液量的变化，有作为伪搏动而被测量到的情况。
[0003]已开发一种进行运算处理以去除这样的体动引起的噪声成分的脉波测量装置。例如，专利文献I记载了分别照射不同波长的光、同时测量其反射光、从测量值提取搏动成分的方法。该方法利用在动脉血中占主导的氧合血红蛋白和在静脉血中占主导的还原血红蛋白间具有不同吸光特性这一现象。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开昭55-120858号公报
【发明内容】
[0007]发明拟解决的课题
[0008]但是，通过检测反射光来测量脉波的传感器中所使用的波长不同的照射光向生物体内部的光的穿透深度也不同。因此，在专利文献I中所公示的技术中，多个传感器间产生的吸光度的差也包括波长不同的光的穿透深度差所带来的影响，去除体动引起的噪声是困难的。
[0009]本发明的目的在于，提供一种不依靠照射的光的波长的不同而从包含脉波的多个信号中去除噪声的技术。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]为了解决上述课题，本发明涉及的脉波测量装置具有:第一受光部，所述第一受光部沿生物体的接触面从与所述生物体接触并向所述生物体的内部照射规定的波长的光的发光部隔开第一距离而配置，用规定的压力压迫所述生物体的第一部位，并从所述第一部位接收在所述生物体内反射的所述光；第二受光部，所述第二受光部沿所述生物体的接触面从与所述生物体接触并向所述生物体的内部照射所述波长的光的发光部隔开比所述第一距离更长的第二距离而配置，用所述压力压迫所述生物体中与所述第一部位不同的第二部位，并从所述第二部位接收在所述生物体内反射的所述光；以及测量部，所述测量部根据分别表示所述第一受光部所接收的光以及所述第二受光部所接收的光的各信号测量所述生物体的脉波。
[0012]根据该构成，不依靠照射的光的波长的不同即可从包含脉波的多个信号中去除噪声。
[0013]在上述方式中，优选所述第一距离是2毫米以上4毫米以下。
[0014]另外，在上述方式中，优选所述第二距离是4毫米以上10毫米以下。
[0015]根据该构成，与其它构成相比，可容易测量表示脉波的、对体动引起的噪声的灵敏度不同的两种信号。
[0016]另外，在上述方式中，优选所述规定的压力是I千帕以上6千帕以下。
[0017]根据该构成，与其它构成相比，当例如测量人体的脉波时也不易给人带来痛苦。
[0018]另外，在上述方式中，优选所述规定的压力是2千帕以上3千帕以下。
[0019]根据该构成，与其它构成相比，即使在例如数日这样的较长时间内连续测量也不易给生物体带来痛苦。
[0020]另外，在上述方式中，优选所述规定的压力是5千帕以上6千帕以下。
[0021]根据该构成，与其它构成相比，更易抑制体动引起的噪声对存在于生物体组织内的较浅位置的毛细血管产生的影响。
[0022]另外，在上述方式中，优选所述规定的波长是470纳米以上610纳米以下。
[0023]根据该构成，与其它构成相比，所照射的光容易被血管中的血红蛋白反射。
[0024]另外，优选的是，所述生物体的接触面中的从所述发光部到所述第一受光部的第一区域具有与所述接触面中的从所述发光部到所述第二受光部的第二区域重叠的部分。
[0025]根据该构成，与第一区域和第二区域不重叠的情况相比，产生误差的因素少。
[0026]另外，优选所述第一区域和所述第二区域在所述接触面上交叉。
[0027]根据该构成，与其它构成相比，能够使第一受光部和第二受光部各自接收的光的反射位置变近。
[0028]另外，优选的是，所述测量部根据表示所述第一受光部所接收的光的信号和表示所述第二受光部所接收的光的信号的频率差，从各所述信号的任一个去除由所述生物体的体动引起的噪声来测量所述脉波。
[0029]根据该构成，不依靠照射的光的波长的不同即可从包含脉波的多个信号中去除噪声。
[0030]另外，优选由照射所述第二受光部接收的光的发光部来照射所述第一受光部接收的光。
[0031]根据该构成，能够使脉波测量装置紧凑。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是示出脉波测量装置的外观的图。
[0033]图2是示出脉波测量装置的构成的框图。
[0034]图3的(a)和图3的(b)是示出检测部的各个构成的配置的图。
[0035]图4是用于说明发光部和受光部的距离对光的穿透深度的影响的图。
[0036]图5是示出光反射的位置和信号强度比的关系的图。
[0037]图6的(a)和图6的(b)是示出吸光度及体动噪声灵敏度相对于按压力的变化的图。
[0038]图7是示出控制部的功能构成的图。
[0039]图8的(a)和图8的(b)是示出变形例中的发光部和受光部的配置的图。
[0040]附图标记说明
[0041]I脉波测量装置；11控制部；111测量部；1111算出部；1112去除部；12存储部；13检测部；131第一检测部；1311第一发光部；1312第一受光部；132第二检测部；1321第二发光部；1322第二受光部；133放大部；134A/D转换部；14显示部；141显示面；15操作部；151操作单元；2腕带
【具体实施方式】
[0042]1.实施方式
[0043]1-1.整体构成
[0044]图1是示出脉波测量装置I的外观的图。脉波测量装置I具有用腕带2而固定在使用者的手腕的手表样的结构。在脉波测量装置I的表面设置有由液晶面板等构成的显示面141 (后述)，在脉波测量装置I的侧面设置有使用者进行按压操作的按钮开关等操作单元151 (后述)。脉波测量装置I的背面与使用者的手腕接触。
[0045]图2是示出脉波测量装置I的构成的框图。控制部11具有CPU (CentralProcessing Unit:中央处理器)、R0M(Read Only Memory:只读存储器)、RAM (RandomAccess Memory:随机存取存储器)，通过CPU读出并执行存储于ROM和存储部12中的计算机程序(以下简称程序)，从而控制脉波测量装置I的各部。
[0046]存储部12是固态硬盘(SSD =Solid State Drive)等大容量存储单元，存储被CPU读入的程序。显示部14具备使用了液晶等的显示面141，根据来自控制部11的指示使图像在该显示面141显示。
[0047]操作部15具备用于进行各种指示的按钮开关等操作单元151，受理用户的操作并向控制部11提供与该操作内容相应的信号。此外，操作单元151也可以包括叠置在显示面141上的透明的触摸面板。
[0048]检测部13具有第一检测部131、第二检测部132、放大部133以及A/D转换部134。第一检测部131构成为测量生物体的脉波并输出表不该脉波的第一信号。具体而言，第一检测部131具有第一发光部1311和第一受光部1312,被配置为上述第一发光部1311和上述第一受光部1312与生物体(此时为手腕的皮肤面)侧接触。第一发光部1311是与生物体接触并向该生物体的内部照射规定波长的光的光源的一个示例。
[0049]第二检测部132构成为以与第一检测部131不同的灵敏度测量生物体的脉波并且输出表示该脉波的第二信号。这里的“灵敏度”是噪声灵敏度，表示噪声成分(由噪声引起的信号的强度)相对于脉波成分(由脉波引起的信号的强度)的比例。具体而言，第二检测部132具有第二发光部1321和第二受光部1322，被配置为上述第二发光部1321和上述第二受光部1322与生物体侧接触。第二发光部1321是与生物体接触并向该生物体的内部照射规定波长的光的光源的一个示例。上述第一检测部131和第二检测部132的灵敏度之差源自第一发光部1311和第一受光部1312的距离与第二发光部1321和第二受光部1322的距离之差。
[0050]放大部133是对由第一检测部131和第二检测部132分别输出的信号进行放大的放大器。A/D转换部134将被放大部133放大的模拟信号转换为数字信号。
[0051]图3是示出检测部13的各个构成的配置的图。如图3的(a)所示，检测部13在脉波测量装置I中以与使用者的手腕的皮肤面侧接触的方式被配置在背面(即，设置有显示部14的显示面141的面的相反侧的面)。
[0052]另外，如图3的(b)所示，在检测部13与使用者的手腕的皮肤面侧接触的部位，设置有第一检测部131的第一发光部1311和第一受光部1312以及第二检测部132的第二发光部1321和第二受光部1322。各个构成被配置为第一发光部1311和第一受光部1312的距离比第二发光部1321和第二受光部1322的距离短。
[0053]在检测部13中，第一受光部1312被配置为从第一发光部1311沿着生物体的接触面(这里是使用者的手腕的皮肤面)隔开第一距离LI。第一受光部1312用规定的压力压迫使用者的手腕的对应部位(以下称为第一部位)，并且从该第一部位接收从第一发光部1311照射而在生物体内反射的光。
[0054]另外，第二受光部1322被配置为从第二发光部1321沿着生物体的接触面隔开比第一距离LI长的第二距离L2。第二受光部1322用上述压力压迫使用者的手腕的对应部位、即生物体中与第一部位不同的第二部位，从该第二部位接收在该生物体内反射的光。
[0055]生物体的接触面中从第一发光部1311到第一受光部1312的第一区域Rl与该接触面中从第二发光部1321到第二受光部1322的第二区域R2交叉，具有作为它们重叠的部分的重复区域Rd。像这样地在第一检测部131和第二检测部132各自的光路上存在重叠的部分意味着各光路透过生物体中共同的部分。从而，因为第一检测部131和第二检测部132都检测包含其共同部分上的脉波的信号，所以与第一区域Rl不具有与第二区域R2共同的部分的情况相比，产生误差的因素少。另外，特别地，由于第一区域Rl与第二区域R2交叉，从而第一受光部1312和第二受光部1322分别接收的光的反射位置变得更近。
[0056]第一发光部1311向生物体组织照射预定波长的、与由未图示的电源供应的电流相应的光量的光。该预定波长例如是470纳米以上610纳米以下，更加优选520纳米以上570纳米以下。该波长与其它波长相比具有容易被血管中的血红蛋白反射的特征。第一受光部1312接收第一发光部1311照射的光中由生物体组织反射的光，并输出与其受光强度相应的信号作为第一信号。在该反射光中可能含有各种各样的光，其中，由血管中的血红蛋白反射的光是表示脉波的光。另一方面，例如如果存在使用者的身体的活动(体动)，则反射光会受影响，会出现包含与脉波无关的噪声的情况。
[0057]第二发光部1321向生物体组织照射与由第一发光部1311照射的光相同波长的、与被供应的电流相应的光量的光。第二受光部1322接收第二发光部1321照射的光中由生物体组织反射的光，并且输出与其受光强度相应的信号作为第二信号。
[0058]图4是用于说明发光部和受光部的距离对光的穿透深度的影响的图。第一发光部1311和第一受光部1312以及第二发光部1321和第二受光部1322与使用者的手腕的皮肤面Sf接触。在图4中，假设第一发光部1311兼任第二发光部1321。
[0059]已知发光部和受光部的距离越短，对生物体内深的部分的灵敏度与对浅的部分的灵敏度相比相对越低。S卩，从第一发光部1311照射的光在生物体组织内的深度Dl的位置反射后到达第一受光部1312的光的强度与在比深度Dl更深的深度D2的位置反射后到达第一受光部1312的光的强度相比要强。另一方面，虽然从第二发光部1321照射的光在深度Dl的位置反射后到达第二受光部1322的光的强度与在深度D2的位置反射后到达第二受光部1322的光的强度相比更强，但是产生的差异不如在第一检测部131产生的差异大。因此，第一检测部131与第二检测部132相比是面向在相对浅的部位反射的光的检测的构成。
[0060]图5是示出光反射的位置和信号强度比的关系的图。图5中示出分别在真皮深度
1.0mm和真皮深度1.5mm的位置反射的光的信号强度与在真皮深度0.5mm的位置反射并由受光部接收的光的信号强度的比。例如，当从发光部到受光部的距离L是2mm时，在真皮深度1.5mm的位置反射的光的信号强度下降为在真皮深度0.5mm的位置反射的光的信号强度的约20%左右，当距离L是6mm时，维持在约55%左右。S卩，距离L越长，检测部13越容易检测相对较深位置的反射光，对在较浅位置和较深位置各自反射的各光的灵敏度的差减少。
[0061]图6是示出吸光度以及体动噪声灵敏度相对于按压力的变化的图。如果改变检测部13对接触面的按压力，则生物体组织被压实的量和区域发生变化。特别是因为真皮层毛细血管多且为软组织，所以用较小的压力就能被压实。图6的(a)所示的毛细血管开放压力PltkPa]是如果超过此压力则毛细血管开始关闭的临界压力，毛细血管关闭压力p2[kPa]是如果超过此压力则毛细血管关闭的临界压力。另外，如果按压力超过图6的(a)所示的动脉开放压力p3 [kPa],则动脉开始关闭，如果超过动脉关闭压力p4 [kPa],则动脉关闭。
[0062]如果将按压脉波测量装置I的检测部13与使用者的人体等生物体接触的面的按压力设定在例如从毛细血管开放压力Pl到毛细血管关闭压力P2的范围，则毛细血管处于未完全关闭的状态。从而此时，在毛细血管中流动的血液易因体动而移动，所以由存在于生物体组织内较浅位置的毛细血管反射的光中容易混入有噪声。其结果，由于从发光部到受光部的距离L为2mm的构成与该距离L比2mm更长的6mm的构成相比，更好地检测浅位置的反射光，所以对体动引起的噪声的灵敏度(即、体动噪声灵敏度)更高。
[0063]另一方面，如果将按压力设定在例如从动脉开放压力p3到动脉关闭压力p4的范围，则由于动脉开放压力P3是比毛细血管关闭压力p2还高的压力，所以成为毛细血管完全关闭而动脉不完全关闭的状态。从而此时，毛细血管被压实而其内部的血液难以移动。即，在存在毛细血管的较浅位置的生物体组织反射的光不易混入有噪声。但是，因为动脉未完全关闭，所以动脉内部的血液容易移动。即，在存在动脉的较深位置的生物体组织反射的光中容易混入有噪声。其结果，由于距离L为6mm的构成与距离为2mm的构成相比，更好地检测较深位置上的反射光，所以体动噪声灵敏度更高。
[0064]如上所述，根据设定按压力在哪个范围，第一检测部131和第二检测部132的体动噪声灵敏度逆转。例如，在图6所示的例子中，如果设定按压接触面的按压力为2千帕以上3千帕以下的压力，则从发光部到受光部的距离短的第一检测部131的体动噪声灵敏度变得比第二检测部132的体动噪声灵敏度更高。考虑这是因为，由于2千帕以上3千帕以下的压力比动脉开放压力P3低，所以动脉开放，毛细血管比动脉更易混入有体动噪声。此外，因为2千帕以上3千帕以下的压力是较低的力，所以与其它构成相比，即使在例如数日这样的较长时间内连续测量也不易给生物体带来痛苦。
[0065]另一方面，如果设定按压接触面的按压力为5千帕以上6千帕以下的压力，则从发光部到受光部的距离长的第二检测部132的体动噪声灵敏度变得比第一检测部131的体动噪声灵敏度更高。在存储于存储部12的程序中描述有根据设定的压力、控制部11指定第一检测部131和第二检测部132中哪一个的体动噪声灵敏度高。
[0066]1-2.控制部的功能构成
[0067]图7是示出控制部11的功能构成的图。由第一检测部131的第一受光部1312输出的第一信号和由第二检测部132的第二受光部1322输出的第二信号分别经放大部133放大，被A/D转换部134转换为数字信号后被供应给控制部11。S卩，控制部11作为从测量生物体的脉波的第一检测部131获取表示该脉波的第一信号的第一获取部起作用。另外，控制部11作为从以与第一检测部131不同的灵敏度测量生物体的脉波的第二检测部132获取表示该脉波的第二信号的第二获取部起作用。
[0068]获取了第一信号和第二信号的控制部11作为基于上述各个信号测量生物体的脉波的测量部111起作用。测量部111具有算出部1111和去除部1112，上述算出部1111算出第一信号和第二信号的频率差，上述去除部1112基于算出部1111算出的频率差，从第一信号和第二信号中任一方去除生物体的体动引起的噪声。测量部111从由体动噪声灵敏度高的一方的检测部输出的信号中提取体动噪声，并从由体动噪声灵敏度低的一方的检测部输出的信号中去除该体动噪声，由此测量生物体的脉波。表示所测得的脉波的数值等被存储在存储部12中。
[0069]如上所述，脉波测量装置I在两个分别具有照射相同波长的光的发光部的检测部中，利用从发光部到受光部的距离不同这一点，去除包含在各自输出的信号中的噪声，从而与现有技术相比能够高精度地测量脉波。
[0070]2.变形例
[0071]以上就实施方式进行了说明，但该实施方式的内容可进行以下变形。另外，对以下的变形例也可以进行组合。
[0072]2-1.变形例 I
[0073]在上述实施方式中，第一区域Rl与第二区域R2交叉，但是各个区域的配置不限定于此。另外，虽然第一发光部1311和第二发光部1321是分开的个体,但是第一发光部1311也可以兼任第二发光部1321。图8是示出该变形例中的发光部和受光部的配置的图。在该例中，如图8的(a)所不,第一发光部1311兼任第二发光部1321。而且,在将从第一发光部1311到第一受光部1312的领域延长后的位置设置有第二受光部1322。即，从第一发光部1311到第一受光部1312的第一领域Rl可以包含在从第二发光部1321到第二受光部1322的第二领域R2中。
[0074]2-2.变形例 2
[0075]另外，如图8的(b)所示，第一发光部1311兼任第二发光部1321，并且，可以在从第一发光部1311观察与设置有第一受光部1312的方向相反的一侧设置第二受光部1322。此时，设置有第一发光部1311的区域相当于重复区域Rd。
[0076]2-3.变形例 3
[0077]在上述实施方式中，获取了第一信号和第二信号的控制部11算出上述各信号的频率差，基于该频率差，从第一信号和第二信号中任一去除生物体的体动引起的噪声，由此测量生物体的脉波，但是去除体动引起的噪声的方法不仅限于此。例如，控制部11也可以算出各信号的强度差来去除体动引起的噪声。
[0078]2-4.变形例 4
[0079]在上述实施方式中，按压脉波测量装置I的检测部13与生物体接触的面的按压力被预先设定，但是也可以使其变化。此时，脉波测量装置I可以具有计测该按压力的计测部，脉波测量装置I的控制部11根据该计测部计测的按压力，指定第一检测部131和第二检测部132中哪一个的体动噪声灵敏度高。
[0080]2-5.变形例 5
[0081]检测部的数量不限于实施方式中所述的数量。在实施方式中，虽然举例说明了脉波测量装置I具有第一检测部131和第二检测部132这两个检测部，但是脉波测量装置I也可以具有三个以上的检测部。此时，脉波测量装置I可以使用从选自上述三个以上的检测部中的两个检测部所输出的信号来获取表示脉波的信号。
[0082]2-6.变形例 6
[0083]在上述实施方式中，虽然没有提及第一距离LI的范围，但是优选第一距离LI是2毫米以上4毫米以下。另外，优选第二距离L2比第一距离LI更长，且为4毫米以上10毫米以下。
[0084]2-7.变形例 7
[0085]在上述实施方式中，在图6所示的例子中示出了:如果将按压接触面的按压力设定为2千帕以上3千帕以下的压力，则第一检测部131的体动噪声灵敏度变得比第二检测部132的体动噪声灵敏度更高，如果设定为5千帕以上6千帕以下的压力，则第二检测部132的体动噪声灵敏度变得比第一检测部131的体动噪声灵敏度更高，但是该按压力的设定不限于上述范围。从因按压而生物体所承受的负担与检测精度的关系出发，优选按压接触面的按压力为I千帕以上6千帕以下。
【权利要求】
1.一种脉波测量装置，其特征在于，具有: 第一受光部，所述第一受光部沿生物体的接触面从与所述生物体接触并向所述生物体的内部照射规定的波长的光的发光部隔开第一距离而配置，用规定的压力压迫所述生物体的第一部位，并从所述第一部位接收在所述生物体内反射的所述光； 第二受光部，所述第二受光部沿所述生物体的接触面从与所述生物体接触并向所述生物体的内部照射所述波长的光的发光部隔开比所述第一距离更长的第二距离而配置，用所述压力压迫所述生物体中与所述第一部位不同的第二部位，并从所述第二部位接收在所述生物体内反射的所述光；以及 测量部，所述测量部根据分别表示所述第一受光部所接收的光以及所述第二受光部所接收的光的各信号测量所述生物体的脉波。
2.根据权利要求1所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述第一距离是2毫米以上4毫米以下。
3.根据权利要求1或2所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述第二距离是4毫米以上10毫米以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述规定的压力是I千帕以上6千帕以下。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述规定的压力是2千帕以上3千帕以下。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述规定的压力是5千帕以上6千帕以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述规定的波长是470纳米以上610纳米以下。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述生物体的接触面中从所述发光部到所述第一受光部的第一区域具有与所述接触面中从所述发光部到所述第二受光部的第二区域重叠的部分。
9.根据权利要求8所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述第一区域和所述第二区域在所述接触面上交叉。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的脉波测量装置，其特征在于， 所述测量部根据表示所述第一受光部所接收的光的信号和表示所述第二受光部所接收的光的信号的频率差，从各所述信号中任一个去除由所述生物体的体动引起的噪声来测量所述脉波。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的脉波测量装置，其特征在于， 由照射所述第二受光部接收的光的发光部来照射所述第一受光部接收的光。
【文档编号】A61B5/02GK104414625SQ201410413037
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】成泽敦 申请人:精工爱普生株式会社