JP4454785B2 - Pulse wave detector - Google Patents

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Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse wave detection device, and more particularly to a pulse wave detection device that detects a pulse wave by transmitting / receiving ultrasonic waves to / from an artery.
[0002]
[Prior art]
Detection of a pulse wave due to blood flow through an artery is widely performed in medical practice and health care. In addition to the case where the pulse wave is detected as a pulse rate for a predetermined time by palpation, it is also widely performed to automatically detect the pulse rate and the like electronically using a pulse wave detection device.
As a device that electronically detects the pulse wave and obtains the pulse rate, a piezo-type piezoelectric element is placed on the artery as a sensor, and the pulse from the pressure change of the epidermis (displacement of the epidermis due to pressure) accompanying the pressure change inside the artery There are those that detect the number and those that detect the pulse rate using ultrasound.
As a pulse wave detection device using ultrasonic waves, there are devices utilizing the Doppler effect due to blood flow, which are proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-214335 and US Pat. No. 4,086,916.
[0003]
FIG. 17 shows how the frequency of ultrasonic waves changes due to such a Doppler effect.
Now, when an ultrasonic wave having a frequency f0 as shown in FIG. 17A is transmitted from the body surface toward the artery, the transmitted ultrasonic wave is reflected by blood flowing through the artery. When this reflected wave is received by the receiving element, a change in the frequency of the reflected wave can be detected. That is, if the frequency of the received wave is f1, as shown in FIG. 17B, the velocity of the blood flow through the artery is high during the systole of the heart, so the frequency of the reflected wave becomes higher due to the Doppler effect (part A). On the other hand, since the blood flow rate is low while the heart is relaxed, the frequency is lower than the A portion (B portion).
In this way, the ultrasonic wave is irradiated to the blood flow in the artery whose flow velocity changes according to the heartbeat, and the pulse wave is detected by detecting the change in frequency, and the pulse rate is detected. Speed can be detected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the pulse wave detection device that detects the pulse wave using the ultrasonic Doppler effect, there is a problem that the power consumption becomes very large because the ultrasonic wave is used.
Therefore, the conventional pulse wave detection device must be used in an environment where electric power can be sufficiently supplied, such as a hospital or home, or when used outside such an environment, the pulse wave is used only for a short period of time. There was a problem that could not be measured.
In particular, in the case of a pulse wave detection device of a portable size and weight, such as a pulse wave detection device incorporated in a wristwatch, the capacity of the battery is limited, so that the usage time is further shortened. There is.
[0005]
Therefore, the present invention has been made to solve the problems in such a conventional pulse wave detection device, and can detect a pulse wave with low power consumption and can extend the usage time. An object is to provide an apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the pulse wave detection device of the present invention, the transmitting means for transmitting the ultrasonic wave toward the artery, the receiving means for receiving the ultrasonic wave transmitted from the transmitting means and reflected by the blood flowing through the artery, and the receiving means Pulse wave information acquisition means for acquiring pulse wave information related to the pulse wave from the received ultrasonic wave, output means for outputting pulse wave information acquired by the pulse wave information acquisition means, and acquisition by the pulse wave information acquisition means Pulse predicting means for predicting the next pulse from the pulse wave information, and intermittently driving the transmitting means so as to transmit the ultrasonic wave for a predetermined time including the pulse expected by the pulse predicting means Drive control means.
The pulse wave information acquisition unit includes a frequency detection unit that detects a frequency change of the ultrasonic wave received by the reception unit, or an amplitude detection unit that detects an amplitude change, and is based on the frequency detection unit or the amplitude detection unit. Pulse wave information is acquired from the detection signal.
[0007]
As described above, the pulse wave information is acquired, the next pulse is predicted from the pulse wave information, and the ultrasonic wave is transmitted for a predetermined time including the expected pulse, so that the power consumption can be suppressed to the drive duty ratio. . And since it can be set as the low-power-consumption pulse wave detection apparatus, it becomes possible to use it for a long time on a daily basis by, for example, incorporating the pulse wave detection apparatus into a watch. In this case, part or all of the oscillating means used in the timepiece can be shared as the drive control means of the present invention, thereby further simplifying the configuration.
In the pulse wave detection device of the present invention, the pulse wave information acquisition means includes storage means for storing the pulse wave information, and the output means outputs the pulse wave information stored in the storage means. It may be. That is, pulse information and detection information for a predetermined time are stored in a storage unit and output to an external device such as a medical diagnostic device, for example, so that it can be used for comprehensive medical diagnosis.
In the pulse wave detection device of the present invention, the pulse wave information acquisition unit acquires a pulse rate from the detection signal as pulse wave information, and the output unit acquires the pulse rate acquired by the pulse wave information acquisition unit. You may make it output. Thereby, the most common pulse can be confirmed on a daily basis.
The pulse wave detection device of the present invention further includes display means, wherein the pulse wave information acquisition means acquires a pulse rate or a pulse wave waveform as information relating to a pulse wave from the detection signal, and the output means includes the pulse wave information. The pulse rate or pulse wave waveform acquired by the wave information acquisition unit may be output to the display unit. Thereby, by displaying the pulse rate or pulse wave waveform, the pulse rate or pulse wave waveform can be easily confirmed in daily life.
[0008]
In the present invention, the drive control means intermittently drives the transmission means for a predetermined time including the pulse. Thus, the power consumption can be further reduced by intermittently driving the transmission means.
In addition to the intermittent drive of the transmission means, the reception means may be driven intermittently. In this case, by adjusting the intermittent drive timing of the both, the rise time of transmission and reception is adjusted to an optimum state. Can do. For example, by starting the receiving means after a predetermined time from the driving timing of the transmitting means, the receiving means does not receive the signal until the ultrasound output is stabilized after the transmission is started. Can do.
In the pulse wave detection device of the present invention, the drive control means intermittently drives both the transmission means and the reception means, and changes the drive time of the transmission means and the drive time of the reception means. By making it possible to independently adjust the driving time of the transmitting means and the receiving means, for example, the driving time of the receiving means can be shortened, and stable ultrasonic waves can be reliably received. Moreover, all the transmitted ultrasonic waves can be reliably received by lengthening the drive time of the receiving means.
In the pulse wave detection device of the present invention, the drive control means changes a drive time for intermittent driving and a drive stop time. By making it possible to adjust the drive time and drive stop time, it is possible to achieve optimum driving while reducing power consumption.
In the pulse wave detection device of the present invention, the drive control means is intermittently driven at a frequency that is at least twice the assumed maximum pulse rate. For example, assuming that the assumed maximum pulse rate is 240 beats / minute, at least one of the transmitting means and the receiving means is intermittently driven at a frequency of 8 Hz or more. As described above, intermittent driving is always performed at a frequency twice or more that of the wave to be detected, so that the pulse wave can always be detected stably. In this case, even if the assumed pulse rate is low (upper limit is 100 beats / minute only at rest), intermittent driving is performed at the same frequency of 8 Hz.
In the pulse wave detection device of the present invention, the drive control means is intermittently driven at a frequency that is twice or more the frequency of commercial power. That is, by intermittently driving at a frequency of 120 Hz, which is twice or more the commercial frequencies of 50 Hz and 60 Hz, it is possible to make it less susceptible to noise from the commercial frequency. In this case, by setting the frequency for intermittent driving to 128 Hz, it is possible to divide and use the oscillation frequency 32 KHz of the oscillator used in the timepiece, and when the pulse wave detection device is arranged in the timepiece, the configuration is simple. It can be.
In the pulse wave detection device of the present invention, the drive control means is intermittently driven at a frequency that is at least twice the frequency of the commercial power and at the lowest duty ratio.
[0009]
Further, the present invention is the above-described pulse wave detection device, wherein the pulse predicting unit acquires a pulse rate or a pulse interval from the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquiring unit, and the pulse rate Or predict the next pulse based on the beat interval.
In this case, the pulse predicting unit acquires a plurality of pulse rates or a plurality of beat intervals from the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquiring unit, and the pulse rate or the pulse interval is obtained. The next pulse can be predicted based on the change.
In addition, pulse candidate detection means for detecting a pulse candidate that may be a pulse and its detection timing from the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquisition means, and a pulse candidate detected by the pulse candidate detection means Pulse determining means for determining a pulse from the pulse based on a difference between a detection timing of the pulse and a pulse timing predicted by the pulse predicting means, and the pulse predicting means is determined by the pulse determining means. Based on the pulse, the pulse rate or the pulse interval can be acquired.
[0010]
Furthermore, the present invention provides the pulse candidate detection means for detecting a pulse candidate that may be a pulse and its detection timing from the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquisition means in each of the pulse wave detection devices described above. A pulse determination means for determining a pulse from the pulse based on a difference between a detection timing of the pulse candidate detected by the pulse candidate detection means and a pulse timing expected by the pulse prediction means, When the pulse is determined by the pulse determining means, the drive control means provides a pulse wave detection device that stops the driving of the transmitting means regardless of the lapse of the predetermined time.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the pulse wave detection device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(1) Overview of this embodiment
In the pulse wave detection device of this embodiment, an ultrasonic wave f0 having a frequency of 10 MHz is transmitted from the transmitter 11 toward the artery 2 from the body surface (transmitting means), and Doppler of blood flow that is a reflection target (measurement target). The reflected wave f1 frequency-modulated by the effect is received by the receiver 21 (receiving means). A pulse wave is extracted by FM detection of the received wave, and the pulse is further counted (pulse wave information acquisition means) and displayed (output means).
From this pulse wave information, the pulsation detector 35 outputs a pulse wave P at the peak of the pulse wave. The drive control unit 52 stops transmitting ultrasonic waves after a predetermined time t1 from the pulse wave P. Then, the drive control unit 52 predicts a time t4 from the pulse P to the next pulse (its peak point) from the pulse rate, and a time just before the time t3 including the fluctuation time from the time t4, that is, the ultrasonic wave When the predetermined time t2 (time t1 + t2 from the pulse wave P) has elapsed since the transmission stop of the transmission, the ultrasonic wave is transmitted from the transmitter 11 again.
By controlling the drive so that the ultrasonic waves from the transmitter 11 are transmitted for a predetermined time (t1 + t3) before and after the expected pulse in this way, power consumption can be reduced, and the battery capacity and the size of the watch can be reduced. Even a small portable device can be attached and can be used for a long time.
[0012]
(2) Details of this embodiment
FIG. 1 illustrates a configuration of a pulse wave detection device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the pulse wave detection device includes a transmitter 11, a drive circuit 12, and a high-frequency oscillation circuit 13 for transmitting ultrasonic waves toward the artery 2.
The pulse wave detection device receives the ultrasonic wave reflected by the blood flowing through the artery and obtains a pulse, a receiver 21, a high frequency amplification circuit 31, an F / V conversion circuit 32, and a detection circuit 33. , A sample hold circuit 34, a pulsation detector 35, a pulse rate calculator 36, and a display device 41.
[0013]
Further, the pulse wave detection device includes a drive control unit 52 that functions as a pulse prediction unit and a drive control unit.
This drive control unit 52 includes a timing unit (not shown), and predicts the next pulse from the pulse signal P supplied from the pulsation detection unit 35 and the pulse rate supplied from the pulse rate calculation unit 36. At the same time, a drive signal F0 that is turned on for a predetermined time before and after the next pulse is supplied to the high-frequency oscillation circuit 13, the high-frequency amplification circuit 31, the F / V conversion circuit 32, and the detection circuit 33.
[0014]
The high-frequency oscillation circuit 13 generates a high-frequency signal having a frequency of 10 MHz, and outputs a 10-MHz high-frequency signal generated while the drive signal F0 supplied from the drive control unit 52 is on (high-level signal). Yes.
The drive circuit 12 is a circuit that amplifies the high-frequency signal supplied from the high-frequency oscillation circuit 13 to output power and supplies it to the transmitter 11 to transmit the ultrasonic wave f0 from the transmitter 11.
[0015]
The ultrasonic wave f0 transmitted from the transmitter 11 is reflected while being frequency-modulated by the blood flow of the artery 2, and the reflected wave f1 is received by the receiver 21 and supplied to the high frequency amplifier circuit 31. ing.
The high frequency amplifier circuit 31 is a circuit that amplifies the reflected wave f <b> 1 and supplies it to the F / V conversion circuit 32.
The F / V conversion circuit 32 is a circuit that outputs a voltage corresponding to a frequency value by using a change in voltage gain corresponding to the frequency value.
The detection circuit 33 is a circuit that outputs a voltage corresponding to the envelope (a voltage waveform that changes according to the pulse waveform) by amplitude detection.
The pulsation detection unit 35 supplies the voltage waveform supplied from the detection circuit to the pulse rate calculation unit 36 as it is, detects the peak of the voltage waveform, and outputs the pulse signal P.
The pulse rate calculator 36 calculates the pulse rate N per minute from the voltage waveform detected by the detection circuit 33 and supplied via the pulsation detector 35. The pulse rate N calculated by the pulse rate calculation unit 36 is supplied to the display device 41 and also supplied to the drive control unit 52. The pulse rate calculator 36 also supplies a pulse wave waveform (voltage waveform) to the display device 41.
The display device 41 includes a display unit and a drive unit, and digitally displays the supplied pulse waveform and pulse rate N.
[0016]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described.
First, the principle of detecting a pulse wave will be described because the ultrasonic wave transmitted toward the artery 2 is frequency-modulated by the Doppler effect of the blood flow velocity.
The blood flow velocity of the blood flowing through the artery 2 changes depending on the systole (pulse) and relaxation period of the heart. For this reason, the frequency of the transmitted ultrasonic wave changes due to the Doppler effect when reflected by the bloodstream.
In this case, the frequency f1 of the reflected wave is expressed by the following equation (1), where the ultrasonic frequency is f0, the blood flow velocity is v, the sound velocity in the body is c, and the incident angle of the ultrasonic wave with respect to the blood flow velocity is θ. )
f1 = f0 (1 + 2v × cos θ / c) (1)
And the frequency of an ultrasonic wave changes in the range of f0 to f1 by reflection, and the deviation df becomes following Formula (2).
df = f1-f0 = f0 × 2v × cos θ / c (2)
Therefore, for example, if each value is c = 155 m / s, v = 0.3 m / s, and f0 = 9.5, the frequency deviation df is 3.8 KHz.
In the expression (2), the blood flow velocity v varies depending on the pulse, so that the frequency deviation df varies in the range of about 2 KHz to 4 KHz.
In the present embodiment, the pulse wave is detected by detecting the change of the frequency deviation df by the demodulation method of the frequency modulation wave.
[0017]
FIG. 2 shows an output waveform in each component of the pulse wave detection device.
In the drive control unit 52, as shown in FIG. 2A, a drive signal that is turned on for a predetermined time from the pulse signal P supplied from the pulse detecting unit 35 and the pulse rate N supplied from the pulse rate calculating unit 36. F0 is supplied to the high-frequency oscillation circuit 13, the high-frequency amplification circuit 31, the F / V conversion circuit 32, and the detection circuit 33.
As shown in FIG. 2B, the high-frequency oscillation circuit 13 generates a high-frequency signal f0 having a frequency of 10 MHz and supplies it to the drive circuit 12 while the supplied drive signal F0 is on.
The drive circuit 12 amplifies the output power of the supplied high-frequency signal f0 and supplies it to the transmitter 11 made of a piezoelectric element, so that the transmitter 11 is similar to the high-frequency f0 shown in FIG. The ultrasonic wave f0 is transmitted toward the artery 2.
[0018]
The transmitted ultrasonic wave f0 is reflected by the receiver 21 as shown in FIG. 2C by the reflected wave f1 frequency-modulated (FM modulated) by the Doppler effect when reflected by the blood flowing through the artery 2. Received at.
The reflected wave f <b> 1 is amplified by the high frequency amplifier 31 and then supplied to the F / V conversion circuit 32.
The F / V conversion circuit 32 converts the frequency change of the amplified reflected wave f1 into a change in voltage, that is, a change in amplitude, as shown in FIG. By detecting the amplitude change in the detection circuit 33, as shown in FIG. 2 (e), a pulse wave waveform whose voltage changes corresponding to the envelope is obtained. This pulse wave waveform is supplied to the pulsation detector 35. Further, the pulse wave waveform is further supplied to the display device 41 via the pulse rate calculator 36 and displayed as an image.
The pulsation detecting unit 35 detects a peak corresponding to the pulsation from the supplied pulse wave waveform of FIG. 2E, and sends the pulse signal P to the drive control unit 52 as shown in FIG. Supply.
[0019]
In the pulse rate calculation unit 36, for example, a pulse wave is generated when the comparison value exceeds the comparison value, and the time interval of the pulse wave is set to a predetermined number of times (for example, 3, 5, 7, 10, etc.). The pulse rate N for 1 minute is calculated from the average time T of the measurement times of each time, according to the following formula (3).
N = 60 / T (3)
In addition, it is not restricted to obtaining the pulse rate from the average time T between pulses, for example, the number of pulses w generated within a predetermined time t (for example, 10 seconds) is detected, and 1 minute is obtained by the following equation (4). The pulse rate N may be obtained.
N = w × (60 / t) (2)
The pulse rate calculator 35 supplies the obtained pulse rate N to the display device 41 and the drive controller 52.
[0020]
The display device 41 digitally displays the supplied pulse rate N together with the pulse waveform on the liquid crystal display screen. Furthermore, the presence of a pulse is indicated by performing blinking display of green according to the supplied pulse signal. By seeing this green flashing, the user can visually recognize his pulse wave.
In addition, the presence of a pulse may be recognized by hearing by outputting a pulse sound according to a supplied pulse signal.
[0021]
As shown in FIGS. 2A and 2F, when the pulse signal P corresponding to the pulsation is supplied from the pulsation detection unit 35, the drive control unit 52 drives the drive signal F0 after time t1 from the pulse signal P. Is turned off (low level). Thereby, the transmission of the ultrasonic wave f0 from the transmitter 11 is stopped.
And the drive control part 52 estimates time t4 from the pulse rate from the pulse rate N supplied from the pulse rate calculating part 36. FIG. From this time t4, the drive signal is again at a time just before the time t3 including the fluctuation time, that is, when a predetermined time t2 (time t1 + t2 from the pulse wave P) has elapsed since the drive signal F0 was turned off (ultrasonic wave transmission was stopped). Turn F0 on. Thereby, the ultrasonic wave f0 is again transmitted from the transmitter 11 from a short time before the predetermined time t3 when the next pulse occurs.
As described above, in the present embodiment, the ultrasonic wave from the transmitter 11 is transmitted for a predetermined time before and after the expected pulse (front t3 + α) + t1 and the ultrasonic wave is transmitted at the time t2 between the pulses. By controlling the drive so as to stop, power consumption can be reduced, and even a small portable device such as a watch with a small battery capacity can be attached and can be used for a long time. Α is an error time between the predicted next pulse and the output of the pulse signal P due to the actual pulse.
[0022]
FIG. 3 shows a state in which a pulse wave is detected by a pulse wave detection device incorporated in a timepiece.
As shown in FIG. 3, the pulse wave detection device (timepiece) 60 includes a timepiece body 61 and a belt 62, and the sensor 19 is attached to the inside of the belt 62.
The timepiece 60 is attached to the left (or right) wrist 2a with the timepiece body 61 facing the back of the hand, like a general timepiece. At this time, as shown in FIG. 3B, the position of the sensor 19 can be adjusted by moving the sensor 19 in the length direction of the belt 62 so as to be positioned on the radial artery.
In the sensor 19, the transmitter 11 and the receiver 21 are arranged along the radial artery 2 in a direction orthogonal to the length direction of the belt 62 as shown in FIG. A receiver 21 is arranged on the shoulder side of the device 11. The arrangement positions of the transmitter 11 and the receiver 21 may be reversed.
[0023]
The watch body 61 includes a drive unit such as a watch movement, a drive circuit 12, a high-frequency oscillation circuit 13, a high-frequency amplification circuit 31, an F / V conversion circuit 32, a detection circuit 33, a pulsation detection unit 35, and a pulse rate calculation. The unit 36, the display device 41, and the drive control unit 52 are arranged.
The sensor 19 is connected to the driving circuit 12 and the high-frequency amplifier circuit 31 of the timepiece main body 61 by a wiring (not shown) incorporated in the belt 62.
The display surface (clockface) of the clock main body 61 includes a clock display unit 63 that displays time, date, day of the week, etc., and a display device 41. The display device 41 includes a pulse rate display unit 64 that displays the pulse rate N, and a pulse display unit 65 that blinks in green according to each pulse.
The blinking color of the pulse display unit 65 may be changed according to the pulse rate. For example, 69 or less is blinking yellow, blue is blinking when the pulse rate is 70 to 90, green is blinking between 91 and 110, orange is blinking between 111 to 130, and 131 or more is blinking red. Thus, since the blinking color of the pulse display unit 65 changes according to the pulse rate, the current pulse state can be easily distinguished.
[0024]
As described above, according to the first embodiment, the ultrasonic wave f0 transmitted from the transmitter 11 is transmitted only before and after the pulse, and the transmission is stopped between the pulses, and the power consumption is divided by the drive duty ratio. Can be suppressed.
Therefore, even a portable device having a small battery capacity such as the timepiece shown in FIG. 3 can be used for a long time by reducing power consumption.
[0025]
Next, a second embodiment will be described. The configuration of the pulse wave detection device according to the second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the functions and operations of each part and the output signal are partially different. The different parts will be described, and the description of the same parts will be omitted as appropriate.
In the first embodiment, the ultrasonic wave of 10 MHz is continuously transmitted for the time t3 before the pulse (+ α; error time from the prediction) + t1 after the pulse. In the second embodiment, the pulse is transmitted. During the time before and after (t3 + α + t2), ultrasonic waves are intermittently output at 64 Hz.
[0026]
FIG. 4 shows the waveform of each part in the second embodiment.
As shown in FIG. 4A, the drive control unit 52 is similar to the first embodiment, from the pulse signal P and the pulse rate N supplied from the pulsation detection unit 35 and the pulse rate calculation unit 36, as shown in FIG. A drive signal F0 is generated internally. Then, the 32 KHz oscillation signal oscillated from a low frequency oscillation circuit (not shown) is divided by 1/500 to obtain an intermittent drive signal F1 having a frequency of 64 Hz, as shown in FIG. This is supplied to the high frequency amplifier circuit 31 and the like.
The low-frequency oscillation circuit that outputs an oscillation signal of 32 KHz may be provided in the drive control unit 52, and is used in a timepiece when the pulse wave detection device is incorporated in the timepiece as shown in FIG. A transmitter having a transmission frequency of 32 kHz may also be used.
[0027]
When the intermittent drive signal F1 is supplied, the high-frequency oscillation circuit 13 intermittently supplies the 10 MHz high-frequency signal f0 to the drive circuit 12 as shown in FIG.
The drive circuit 12 amplifies the output power of the supplied high-frequency signal f0 and supplies the amplified output power to the transmitter 11. From the transmitter 11, ultrasonic waves similar to the high-frequency f0 shown in FIG. f0 is intermittently transmitted toward the artery 2.
[0028]
The transmitted ultrasonic wave f0 is frequency-modulated when reflected by the blood flowing through the artery 2, and the reflected wave f1 is received by the receiver 21 as shown in FIG.
The reflected wave f1 is amplified by the high frequency amplifier 31, and then the frequency change is converted by the F / V conversion circuit 32 into an amplitude change due to the voltage as shown in FIG. By detecting the amplitude change in the detection circuit 33, as shown in FIG. 4F, a pulse wave waveform in which the voltage changes corresponding to the envelope is obtained. Since this pulse wave waveform is intermittent corresponding to the intermittent drive signal F1, the sample detection process is performed in the detection circuit 33 so that the pulse detection unit 35 receives a continuous signal as shown in FIG. Supply.
[0029]
In the pulsation detection unit 35 and the pulse rate calculation unit 36, the pulse signal P and the pulse rate N corresponding to the pulsation are supplied to the drive control unit 52 from the pulse waveform supplied from the detection circuit 33 as in the first embodiment. Supply. As in the first embodiment, the drive control unit 52 turns off the drive signal F0 after the time t1 from the pulse signal P and stops outputting the intermittent drive signal F1. Further, the drive control unit 52 obtains the times t4 and t2 from the pulse rate N, and supplies the intermittent drive signal F1 to the high-frequency oscillation circuit 13 after the time t1 + t2 from the pulse signal P.
[0030]
As described above, according to the second embodiment, not only the ultrasonic wave is transmitted only before and after the expected pulse, but also the ultrasonic wave is intermittently transmitted during this period, so that the power consumption can be further reduced.
[0031]
Next, a third embodiment will be described.
In the first and second embodiments, focusing on the fact that the frequency of the reflected wave that changes in the blood flow changes by setting the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 11 to 10 MHz, the pulse wave is generated from the frequency change. It is intended to be detected.
On the other hand, in the third embodiment, the pulse wave is acquired by using the attenuation of the ultrasonic wave due to the blood flow amount flowing through the artery.
[0032]
First, the principle and outline of pulse wave detection according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
When the blood flow volume of an artery changes due to a pulse wave, the transmission coefficient when an ultrasonic wave propagates changes. This is considered to be because the blood flow volume and blood density of the artery change due to the pulse wave, and the attenuation rate of the ultrasonic waves changes.
In this embodiment, based on the above principle, the ultrasonic wave shown in FIG. 5A is transmitted from the transmitter 11 toward the artery. In this case, the frequency f3 of the ultrasonic wave is set to f3 = 32 KHz, which is a value smaller than the frequency f0 = 10 MHz of the ultrasonic wave for the purpose of frequency modulation by blood flow, so that the receiver 21 propagates through the artery 2. It is transmitted to.
This ultrasonic wave propagates while being attenuated by the pulsating flow in the artery 2, and as shown in FIG. 5B, the ultrasonic wave (propagation wave) attenuated corresponding to the pulse (arrow G portion) is received by the receiver 21. A pulse wave waveform (pulse wave information) H shown in FIG. 5C is obtained by detecting the amplitude of the received ultrasonic wave.
[0033]
In this embodiment, based on such a principle, a pulse wave is detected by detecting a change in the attenuation amount of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 11. Then, similarly to the first embodiment and the second embodiment, the ultrasonic wave f0 is transmitted only before and after the pulse according to the drive signal F0 or the intermittent drive signal F1 supplied from the drive control unit 52.
According to the present embodiment, the frequency change due to the Doppler effect is as small as 2 to 4 KHz (within a range of several percent) with respect to the transmission frequency of 10 MHz, whereas the amount of change in the attenuation rate is 10% or more of the output power. Therefore, in the present embodiment, it is possible to more accurately detect the change in the attenuation rate due to the pulse wave.
In addition, since the blood flow (blood flow rate) itself does not change even if there is body movement, the body movement is less likely to be noise with respect to the change in the amplitude of the ultrasonic wave, so that the pulse wave detection is less affected by the body movement. be able to.
[0034]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
The configuration of the pulse wave detection device in the fourth embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the functions and operations of the respective parts and the output signals are partially different. The different parts will be described, and the description of the same parts will be omitted as appropriate.
[0035]
In the first embodiment, an ultrasonic wave is generated from t3 before the pulse (+ α; error time with prediction), and the peak of the obtained pulse wave waveform that exceeds a predetermined threshold corresponds to the pulsation. Identified as a peak. Then, ultrasonic waves are transmitted only for the time t1 after pulsation is detected (a pulse signal is generated).
In the present embodiment, ultrasonic waves are transmitted for a predetermined length before and after the expected pulse, and are stopped after a predetermined time regardless of the actual detection of the pulsation. Then, among the peaks of the pulse wave waveform during the transmission of the ultrasonic wave, the peak that is closest to the expected timing and exceeds a predetermined threshold is identified as corresponding to the pulsation.
[0036]
FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the pulse wave detection process according to this embodiment.
When the pulse wave detection process is started in the present embodiment, first, as shown in FIG. 6, the drive signal F0 is turned on in the drive control unit 52. When the drive signal F0 is on, the high frequency signal f0 is supplied from the drive circuit 12, and the ultrasonic wave f0 is transmitted from the transmitter 11 (step 1). Then, the reflected wave reflected on the blood of the artery is received by the receiver 21. A signal based on the reflected wave from the receiver 21 passes through the high-frequency amplifier circuit 31, the F / V conversion circuit 32, and the detection circuit 33, and is converted into a pulse wave waveform. And its timing are detected. The pulse waveform from the detection circuit 33 is output to the pulse rate calculation unit 36 via the pulsation detection unit 35, and the pulse rate N is calculated based on the peak detected from the pulse waveform in the pulse rate calculation unit 35. It is calculated and output to the drive control unit 52 (step 3).
[0037]
In addition, the detection of the pulsation immediately after the start of driving described above can detect a pulse waveform waveform (voltage waveform) that exceeds a predetermined threshold value as corresponding to the pulsation. Alternatively, the voltage waveform output from the detection circuit 33 may be differentiated, and the beat may be detected assuming that the peak of the differentiated waveform that exceeds a predetermined threshold corresponds to the beat.
FIG. 7 shows a waveform output from the detection circuit 33 and a waveform obtained by differentiating the waveform. (A) shows a waveform output from the detection circuit 33, and (b) shows a waveform of (a). This is a differentiated waveform.
As shown in FIG. 7, since the pulse wave waveform is differentiated, the difference in peak height between the peak due to noise and the peak due to pulsation increases, so the peak corresponding to the pulsation from the differentiated waveform. By detecting this, it is possible to favorably avoid erroneous detection of noise.
[0038]
After turning on the drive signal F0 for a predetermined time, the drive control unit 52 turns off the drive signal F0 and stops the transmission of ultrasonic waves from the transmitter 11 (step 7).
Then, after the drive signal F0 is turned off (after step 7), the next pulse timing is predicted from the pulse rate N acquired from the pulse rate calculator 35 and the pulse timing acquired from the pulse detector 35. (Step 11).
FIG. 8 is an explanatory diagram showing prediction of the next pulsation timing and zone setting in the drive control unit 52.
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the time interval between the two newest (lastest) peaks P00 and P0 identified as beats based on the pulse rate N by the pulse rate calculator 36. Assuming that the time interval t4 from RR0 and the relevant timing of the latest beat P0 among the beats to the next beat P1 of the beat P0 is the same, the next beat P1 Predict timing. That is, t4 after the timing of the pulsation P0 is predicted as the timing of the next pulsation.
As described above, in the present embodiment, the next beat is predicted using the pulse interval RR of two beats acquired before that, and the amount of calculation for predicting the next beat is small. In addition, the required storage capacity can be reduced.
[0039]
When the next pulsation is predicted, the drive control unit 52 performs a zone setting process (step 13). In this example, in the zone setting process, a zone (drive zone Z) in which the drive signal F0 is on is determined.
As shown in FIG. 8, the drive zone Z is set to be Y% of the pulsation interval RR0 (= t4) before and after the expected timing of the next pulse.
[0040]
FIG. 9 is a table showing the results of detecting the pulse signal P during rest / relax and calculating the change rate of the interval RR, the pulse rate N, and the pulsation interval RR with the previous pulse signal P. . FIG. 10 is a graph of the table of FIG. 9, where (a) shows the change over time of the pulsation interval RR, (b) shows the change over time of the pulse rate N, ( c) shows the rate of change of the pulsation interval RR.
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, at the time of resting and relaxing, the beat interval and the pulse rate are within a range of about ± 10% with respect to the previous beat interval and the pulse rate. Yes. That is, with respect to the timing after the same interval as the previous beat interval (expected timing of the next beat), the actual next beat is between 10% before and 10% after the beat interval. Motion is detected.
Therefore, in the pulse wave detection at the time of rest / relax, it can be almost detected by setting the driving zone Z to 20% of the predetermined time t4. Moreover, if it exceeds 20% or more, the detection accuracy can be further improved. However, if the ratio with respect to t4 is increased, the power consumption increases, so about 20% to 50% is preferable. Although not shown in these drawings, the fluctuation of the pulse wave is smaller during exercise or tension than when resting or relaxing, so the drive zone Z is set to 20% or less of t4, for example, 10% to 15%. Even if the degree is set, the pulsation can be detected almost accurately.
[0041]
Note that the length of the drive zone Z (value of Y) is based on the pulse rate and pulse interval at the start of the pulse wave detection process such as between step 1 and step 7, and whether the subject is at rest / relaxation. You may make it determine by judging whether it exists at the time of tension and exercise, or by the input from the operator side. For example, the length of the drive zone Z may be set to 20% of t4 when resting / relaxing, and may be set to 10% of t4 during tension / exercise. In this way, by increasing or decreasing the drive zone Z according to the state of the subject, it is possible to reliably detect the pulse while further reducing power consumption.
Further, the length of the drive zone Z (value of Y) may be increased while driving is near, and may be decreased according to the subsequent pulse rate and pulse interval. As a result, it is possible to reduce false detection immediately after the start of measurement and to set the drive zone Z in accordance with the actual pulse wave state of the subject to suppress power consumption.
[0042]
After the zone setting process (after step 13), the drive control unit 52 outputs the drive signal F0 before (RR0) × (Y%) before the expected pulsation timing (at the start of the drive zone Z). The transmitter 11 is turned on to transmit the ultrasonic wave f0 from the transmitter 11 (step 15), and after the pulsation timing (PRO) × (Y%) has elapsed (at the end of the drive zone Z), the drive signal F0 is stopped ( Step 17).
While the drive signal is on, the pulsation detection unit 35 detects a peak corresponding to the pulsation from the voltage waveform (pulse wave waveform) output from the detection circuit 33 (pulsation specifying process). In the pulsation specifying process, when there is only one peak in the pulse wave waveform, it is determined that this peak is a pulsation. When there are a plurality of peaks, the peak detected at the timing closest to the predicted timing of the pulsation among those peaks is assumed to be due to the pulsation. When the peak due to the pulsation is determined from the pulse wave waveform, the timing of occurrence of the peak corresponding to the pulsation is read from the timing recorded corresponding to the pulse wave waveform and output to the drive control unit 52.
The pulse rate calculator 36 calculates the pulse rate N from the peak of the pulse wave waveform. The pulse rate N is displayed on the display device 41 and output to the drive control unit 52.
[0043]
After the drive signal F0 is turned off (after step 17), the drive control unit 52 monitors whether or not the timing of the pulse rate N is input from the pulsation detection unit 35 (step 21), and the pulsation is not specified and the pulsation is detected. When there is no input from the part 35 (step 21; N), it transfers to step 31 and performs a time-out process (step 31).
As this time-out process, the peak corresponding to the pulsation is set such that the drive signal F0 is continuously switched on continuously or the fluctuation ratio Y is increased to set the output time of the drive signal F0 longer. A process for changing the setting so that it can be easily detected, a process for displaying on the display device 41 that there is a possibility that the position of the sensor is misaligned, a beep sound, and a process for alerting the wearer; Assuming that a pulse is detected at the predicted pulsation timing, processing for setting the pulse rate and the pulsation interval to the same values as the previous time is included.
[0044]
When the pulsation timing is input from the pulsation detection unit 35 in step 21 (step 21; Y) and after the time-out process (after step 31), the drive control unit 52 checks whether or not there is an end command ( If there is no end command (step 23; N), the process returns to step 11 to predict the next beat timing from the new beat timing and the pulse rate N, and thereafter the same processing is performed. repeat.
If an end command is detected (step 23; Y), the pulse wave detection process ends.
Thus, in this embodiment, the peak of all pulse wave waveforms is detected over a predetermined time range (driving zone Z), and the peak at the timing closest to the expected pulsation corresponds to the pulsation. And pulsation is detected.
[0045]
Next, a fifth embodiment of the pulse wave detection device of the present invention will be described.
Note that the configuration of the pulse wave detection device in the fifth embodiment is the same as the configuration of the fourth embodiment except that the functions, operations, and output signals of each unit are partially different. The description of the same part is omitted as appropriate.
[0046]
In the present embodiment, the drive zone Z is divided into a plurality of zones. In other words, in the present embodiment, the drive zone Z includes the first zone (first zone) before the expected beat timing, and includes the zone expected beat timing and the first zone. It includes the following second zone (second zone). In the present embodiment, the driving zone is composed of only these two zones. For the detected peak, it is determined in which zone the timing is included, and the peak detected in the first zone is determined as the pulse. Whether or not to correspond to the peak is detected, and the peak detected in the first zone is immediately identified as corresponding to pulsation. In this way, depending on whether the detected peak timing is included in any of these zones, different processing is performed, and if there is a high probability that the peak corresponds to pulsation, the peak signal is immediately pulsated. The drive signal F0 is turned off in the drive zone Z.
[0047]
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the pulse wave detection process according to the present embodiment, and corresponds to FIG. 6 in the fourth embodiment described above.
As shown in FIG. 11, in the pulse wave detection process according to the present embodiment, the continuous drive is first performed to obtain the peak timing and the pulse rate N in the same manner as in the fourth embodiment described above. The timing of pulsation is predicted (Step 1 to Step 11). Each of these operations is the same as in the fourth embodiment.
[0048]
Then, after predicting the timing of the next pulsation, zone setting processing is performed (step 13).
FIG. 12 is an explanatory diagram showing prediction of the next pulsation timing and zone setting in the present embodiment.
In the present embodiment, in the zone setting process (step 13), as shown in FIG. 12, the time zone (drive zone Z) in which the drive signal F0 is turned on, as in the fourth embodiment, Zone and Zone II are determined.
The I zone is set in a range in which the time is closer to the predicted timing of the pulsation P1 in the drive zone Z. The second zone is set so as to cover the range excluding the first zone in the drive zone Z, and includes the predicted timing of the pulsation P1, and is set to a time after the first zone.
The range of the drive zone Z and the ranges of the I zone and the II zone are obtained by storing the pulsation interval RR0 calculated based on the pulse rate N acquired from the pulse rate calculating unit 36 and the memory in advance. It is determined from the ratio (A, B, C) to the pulsation interval RR0 from the pulsated pulse to the start of the drive zone Z, the boundary between the first zone and the second zone, and the end of the drive zone Z. ing.
[0049]
And when it comes to the drive zone Z determined by the zone setting process, the drive control part 52 turns ON the drive signal F0 (step 15).
While the drive signal is on, the pulsation detection unit 35 detects a peak corresponding to the pulsation from the voltage waveform (pulse wave waveform) output from the detection circuit 33 (pulsation specifying process).
[0050]
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of pulsation determination processing by the pulsation detection unit 35 of the present embodiment.
As shown in FIG. 13, in the pulsation determination process, the pulsation detector 35 detects a peak from the pulse wave waveform (step 151). When a peak is detected (step 151; Y), it is checked whether or not the acquired peak timing is in the I zone (step 153). If the peak is in the I zone (step 153; Y), Since there is a possibility that a peak closer to the expected timing will be detected later, the determination that the peak is pulsation is suspended, and the data of the detection timing is stored in the memory (step 155). At this time, if the peak data is already stored in the memory, the detected data is discarded because the detected peaks in the zone I are close to the expected timing. Then, the new peak signal data is overwritten and stored. Then, returning to step 151, the presence or absence of a peak is monitored again.
[0051]
When a peak is detected (step 151; Y) and the timing of the peak is in the zone II (step 153; N), the peak timing data held in the memory and stored (holding data) If there is no pending data, this peak is likely to be closer to the expected timing than the peak detected later. The pulsation is determined, and the timing of the pulsation is output to the control drive device 52 (step 159).
When the hold data is stored in the memory, the hold data is detected in the first zone. Then, for each of the detected data and the hold data, the deviation from the predicted pulsation timing is compared, a peak close to the predicted pulsation timing is determined as the pulsation, and is output to the drive control unit 52. (Step 161).
[0052]
When no peak is detected in step 151 (step 151; N), it is checked whether or not the current time is within the drive zone (step 163), and if the time has passed after the drive zone Z (step 163; Y). In step 165, it is checked whether pending data is stored in the memory. In the case where data is stored in the memory, the reserved data is the peak data detected later in the first zone. The peak of the reserved data is determined to correspond to the pulsation, and the peak timing is output to the drive control unit 52.
If no peak has been detected and timed out, the process returns to step 151 to continue monitoring whether or not a peak has been detected.
After the peak corresponding to the pulsation is determined, the timing of the determined peak is output to the drive control unit 52 (after step 159, after step 161), and when a time-out occurs without detecting the peak (step 165; In N), the pulsation determination process ends.
[0053]
While the drive signal F0 is turned on, the drive control unit 52 monitors the presence / absence of a peak timing input corresponding to the pulsation from the pulsation detection unit 35 (step 18).
If no pulsation is specified and there is no input from the pulsation detection unit 35 (step 21; N), it is determined whether or not a time-out has occurred past the drive zone Z (step 30), and a time-out occurs. In the case where there is a failure (step 30; Y), a timeout process is performed (step 31). When the time-out has not occurred (step 30; N), the process returns to step 18, and the input of the peak timing corresponding to the pulsation is monitored again.
[0054]
When the peak timing corresponding to the pulsation is input, the drive control unit 52 stops the output of the control signal F0 (step 22), and if there is no end command due to the operator's input or the like (step 23; N), Returning to step 11, the processing after the determination of the drive zone Z is repeated.
If there is an end command (step 23; Y), the pulse wave detection process is ended as it is.
[0055]
As described above, in the present embodiment, the driving zone Z in a predetermined range before and after the predicted pulsation includes the first zone including the predicted pulsation and the first zone that is earlier than the predicted pulsation timing. When the peak signal is not detected in the I zone and is detected for the first time in the II zone, the peak signal is determined as a pulse signal. Then, as soon as the pulse signal is determined, the drive circuit 52 is stopped and the output of the ultrasonic wave is stopped.
Therefore, in the present embodiment, the pulse signal may be determined before the entire driving zone Z has elapsed, and the output of the ultrasonic wave is stopped immediately after the pulse signal is determined, so that the calculation amount can be reduced. And the power consumption for ultrasonic output can be suppressed effectively.
[0056]
Subsequently, a sixth embodiment of the present invention will be described.
The configuration of the pulse wave detection device in the sixth embodiment is the same as that of the fifth embodiment described above except that the functions, operations, and output signals of each unit are partially different. The description of the same part is omitted.
[0057]
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating prediction of the next pulsation timing and zone setting in the pulsation detection unit 35.
[0058]
In the present embodiment, in the zone setting process (step 13), as shown in FIG. 14, the time zone (driving zone Z) in which the driving signal F0 is turned on, the first zone, and the second zone, as in the above-described embodiment. A zone and a third zone are determined.
The I zone is set in a range in which the time is closer to the predicted timing of the pulsation P1 in the drive zone Z. The second zone is a zone after the first zone in the driving zone Z and includes the predicted timing of the pulsation P1, and the third zone covers a range excluding the first zone and the second zone. Is set to In the present embodiment, the elapsed time in the I zone and the elapsed time in the III zone are set to be equal.
[0059]
The range of the drive zone Z and the ranges of the I zone and the II zone are obtained by storing the pulsation interval RR0 calculated based on the pulse rate N acquired from the pulse rate calculating unit 36 and the memory in advance. It can be determined from the ratio (Y%) of the drive zone Z and the ratio (D%) of the second zone with respect to the beat interval RR0.
[0060]
FIG. 15 is a flowchart showing the flow of the pulsation determination process of the present embodiment.
As shown in FIG. 15, in the pulsation determination process, the pulsation detector 35 detects a peak from the pulse wave waveform (step 251). When a peak is detected (step 251: Y), it is checked whether or not the acquired peak timing is in the I zone (step 253). If it is in zone I (step 253; Y), a peak closer to the expected timing may be detected later, so the decision on whether the peak corresponds to pulsation is suspended. Then, the detection timing data is stored in a memory (step 255).
If there is already pending data at this time, the existing data is of the peak detected earlier in the I zone. Among the peak signals detected in the first zone, since the later detected signal is close to the expected timing, the stored data is discarded and the new peak signal data is overwritten and stored.
Then, the process returns to step 251.
[0061]
When the first zone has passed (step 251; Y and step 253; N) and the peak signal is detected in the second zone (261; Y), the second zone is more than the other first and third zones. Since this is close to the expected timing of the pulsation, the peak detected in the second zone is determined to correspond to the pulsation regardless of the presence or absence of data held in the memory, and this data drive control unit 52 (step 263), and the pulsation determination process is terminated.
[0062]
When a peak signal is detected in the third zone (step 251; Y, 253; N, 261; N), it is checked whether or not the pending data is stored in the memory (step 265). If there is no pending data (step 265; N), the peak signal is detected for the first time in the zone III and is closer to the expected timing than the peak signal detected later. It is determined as having been performed, and is output to the data drive control unit 52 (step 269), and the pulsation determination process is terminated.
When a peak signal is detected in the third zone and there is data already stored in the memory (step 265; Y), the data is stored in the memory for the peak in the first zone. Then, for each of the peak timing of the zone I and the newly detected timing of the peak signal of the zone III, the deviation from the predicted timing is compared, and the peak close to the predicted timing corresponds to the pulsation. This is detected, and this data is output to the drive controller 52 (step 267), and the pulsation determination process is terminated.
[0063]
In step 251, if a peak is not detected (step 251; N) and the drive zone Z has elapsed and timed out (step 257; Y), it is checked whether there is pending data. The data held at this time is the peak data detected in the first zone. If there is pending data (step 259), it is determined that this peak corresponds to the pulsation, and this data is output to the drive control unit 52 (step 267), and the pulsation determination process ends.
If no peak is detected (step 251; N), a time-out occurs (step 257; Y), and there is no pending data (step 258; N), the time-out occurs without detecting a peak after the start of the beat determination process. This is the case. At this time, the pulsation determination process is terminated without outputting data to the drive control unit 52.
[0064]
Thus, in the present embodiment, the driving zone Z in a predetermined range before and after the next predicted pulsation is divided into the first zone that is earlier than the predicted pulsation timing and the predicted pulsation. Including zone II that follows after zone I and zone III that follows zone II. If a peak is not detected in zone I but is detected for the first time in zone II, the peak is beaten. It is determined that it corresponds to the movement. When the pulsation is determined, the drive circuit 52 is stopped immediately and the output of the ultrasonic wave is stopped.
Therefore, in this embodiment, the pulsation may be determined before the entire range of the drive zone Z has elapsed, and since the output of the ultrasonic wave is stopped as soon as the pulsation is determined, the amount of calculation is small. In addition, power consumption for ultrasonic output can be effectively suppressed.
[0065]
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the configuration of the embodiment, and other embodiments can be adopted and modified within the scope of the present invention. is there.
For example, in the described embodiment, both the transmission of the ultrasonic wave and the reception of the reflected wave (including the propagation wave) are intermittently driven by the intermittent drive signal F1, but in the present invention, only one of them is intermittent. Even if it is driven, the power consumption can be reduced as compared with the prior art.
[0066]
Further, the output timing of the high frequency f0 output by intermittent driving by the high frequency oscillation circuit 13 and the processing timing for the reflected wave f1 in the high frequency amplification circuit 31 to the detection circuit 33 may be adjustable.
In this way, by making it possible to adjust the intermittent drive timing on the transmission side or the reception side, the rising time of transmission and reception can be adjusted to an optimum state. For example, by starting the reception side after a predetermined time from the drive timing on the transmission side, the reception side does not receive the signal until the output of the ultrasonic wave is stabilized after the transmission is started. Can do.
[0067]
In the pulse wave detection device, the driving time on the transmission side and the driving time on the reception side may be independently adjustable. For example, it is possible to reliably receive stable ultrasonic waves by shortening the driving time on the receiving side. Conversely, by increasing the driving time on the receiving side, it is possible to reliably receive all of the transmitted ultrasonic waves.
In the pulse wave detection device, the ratio between the drive time for intermittent drive and the drive stop time may be adjustable. By making it possible to adjust the drive time and drive stop time, it is possible to achieve optimum driving while reducing power consumption. The ratio between the drive time and the stop time may be adjustable for both the transmission side and the reception side, or only one of them may be adjustable.
[0068]
In the second embodiment described above, the frequency F1 of the intermittent drive signal is set to F1 = 64 Hz. However, the intermittent drive signal may be intermittently driven at a frequency equal to or higher than twice the assumed maximum pulse rate. For example, the assumed maximum pulse rate may be 240 beats / minute, and the frequency of the intermittent drive signal may be F1 = 8 Hz or higher. When F1 = 8 Hz, the drive control unit 52 divides the 32 KHz oscillation signal by 1/4000.
The intermittent drive signal may have a frequency F1 = 128 Hz. Thus, by setting the intermittent drive signal to a frequency that is at least twice the frequency of the commercial power, it is possible to make it less susceptible to noise from the commercial frequency. In this case, the drive control unit 52 divides the frequency into a 32 KHz oscillation signal 1/250.
In the pulse wave detection device, the intermittent drive signal may be a frequency that is at least twice the frequency of the commercial power and that has the lowest duty ratio.
[0069]
In the first embodiment described above, the intermittent drive signal F1 output from the drive control unit 52 is supplied to the high-frequency oscillation circuit 13 as shown in FIG. . In this case, the high frequency oscillation circuit 13 continuously supplies a high frequency of f0 = 10 MHz to the drive circuit 12, and the drive circuit 12 intermittently amplifies the signal according to the intermittent drive signal F1 and supplies it to the transmitter 11. .
[0070]
In each of the embodiments described above, the drive control unit 52 obtains the time t4 between the pulse and the next predicted pulse using the pulse rate N supplied from the pulse rate calculation unit 36, but the pulsation detection unit 35 It is also possible to measure the time from the previous pulse signal supplied from the drive control unit 52 and set this as the estimated time t4 between the next pulses.
[0071]
In each of the above-described embodiments, the peak of the voltage waveform is detected in the pulsation detection unit 25 as the pulse wave information acquisition means, and the pulse rate N is acquired based on the voltage waveform in the pulse rate calculation unit 36. Based on the number N, a predetermined time t <b> 4 for transmitting an ultrasonic wave from the transmitter 11 is determined in the drive control unit 52.
However, the predetermined time t4 for transmitting the ultrasonic wave from the transmitter 11 may not be determined based on the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquisition unit. For example, it may be a time stored in advance in the storage unit of the pulse wave detection device. In this case, even if only one predetermined time such as 1000 msec (60 beats / second) or 857 msec (70 beats / second) is stored in the storage unit assuming a resting time, And a plurality of values such as values during tension and exercise may be stored so that the operator can select them. Further, what the operator inputs with a button or the like may be stored, and this value may be set as the predetermined time t4.
[0072]
In each of the above-described embodiments, the predetermined time t4 is determined based on the pulse rate, but the pulsation interval is acquired from the pulse wave information, and the predetermined time t4 is determined based on the pulsation interval. It may be.
[0073]
In each of the above-described embodiments, immediately after driving the pulse wave detecting device, the drive signal F0 is continuously output from the drive control unit 52 to acquire the pulse rate, and thereafter, switching to intermittent drive is performed. Assuming 60 beats / minute (t4 = 1000 msec) or 70 beats / minute (t4 = 857 msec), intermittent driving can be performed from the beginning.
Further, a change in the interval between a plurality of consecutive beats obtained at a predetermined time interval or a change in the pulse rate of a continuous pulse may be acquired, and the predetermined time t4 may never be obtained from any of these changes. For example, as shown in FIG. 16, when the pulse rate is reduced by approximately 7% in the continuous pulse interval, the next pulse interval is also predicted as a range D before and after the previous 7% decrease value. The next pulse or a predetermined time t4 is predicted based on this beat interval. In this way, by predicting the next pulse taking into account changes in the pulse interval and pulse rate, even if the pulse changes due to the start or end of exercise, tension, etc., the next pulse is highly accurate. It is possible to predict the pulse.
[0074]
【The invention's effect】
According to the pulse wave detection device of the present invention, since the next pulse is predicted and the ultrasonic wave is transmitted only for a predetermined time including the predicted next pulse, the pulse wave can be detected with low power consumption. This can extend the usage time.
Furthermore, according to the pulse detection device of the present invention, since the ultrasonic waves are intermittently transmitted for a predetermined time including the predicted next pulse, the power consumption can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse wave detection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an output waveform in each component of the pulse wave detection device.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which a pulse wave is detected by the pulse wave detection device incorporated in the watch.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an output waveform of each component in the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram about the principle and outline of pulse wave detection in a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of processing performed by a drive control unit in pulse wave detection processing according to the first to third embodiments of the present invention.
FIG. 7 shows the waveform output from the detection circuit and the waveform obtained by differentiating the waveform in the pulse wave detection process. FIG. 7A shows the waveform output from the detection circuit, and FIG. It is a waveform obtained by differentiating the waveform of a).
FIG. 8 is an explanatory diagram showing prediction of next pulsation timing and zone setting in the drive control unit.
FIG. 9 is a table showing the result of detecting the pulse signal P during rest / relax and calculating the rate of change in the interval RR, pulse rate N, and pulsation interval RR with the previous pulse signal P; .
FIG. 10 is a graph of the table of FIG. 9, where (a) represents the change over time of the pulsation interval RR, (b) represents the change over time of the pulse rate N, and (c ) Represents the rate of change of the pulsation interval RR.
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of a pulse wave detection process performed in the fourth embodiment of the present invention, corresponding to FIG. 6 in the first to third embodiments.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing prediction of next pulsation timing and zone setting in the drive control unit.
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of a pulse signal determination process.
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating prediction of a next pulsation timing and zone setting performed by the drive control unit according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing the flow of a pulse signal determination process.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a method for determining a predetermined time t4 in another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a state of frequency change of an ultrasonic wave due to the Doppler effect.
[Explanation of symbols]
2 Arteries
11 Transmitter
12 Drive circuit
13 High frequency oscillation circuit
19 Sensor
21 Receiver
31 High frequency amplifier circuit
32 F / V conversion circuit
33 Detection circuit
35 Beat detector
36 Pulse rate calculator
41 Display device
52 Drive controller
60 clock
61 Clock body
62 Belt
63 Clock display
64 Pulse rate display
65 Pulse display section

Claims (7)

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。A transmission means for transmitting ultrasonic waves toward the artery;
Receiving means for receiving ultrasonic waves transmitted from the transmitting means and reflected by blood flowing through the artery;
Pulse wave information acquisition means for acquiring pulse wave information related to the pulse wave from the ultrasonic wave received by the reception means;
Output means for outputting the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquisition means;
From the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquisition means, a pulse prediction means for predicting the next pulse,
And a drive control means for driving the transmitting means so as to transmit the ultrasonic wave for a predetermined time including a pulse predicted by the pulse predicting means. 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。The pulse wave information acquisition means has a frequency detection means for detecting a frequency change of an ultrasonic wave received by the reception means or an amplitude detection means for detecting an amplitude change, and a detection signal by the frequency detection means or the amplitude detection means The pulse wave detection device according to claim 1, wherein pulse wave information is acquired from the pulse wave information. 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。The pulse wave detection device according to claim 1, wherein the drive control unit intermittently drives the transmission unit for a predetermined time including the pulse. 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。The pulse predicting unit acquires a pulse rate or a pulse interval from the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquiring unit, and predicts a next pulse based on the pulse rate or the pulse interval. The pulse wave detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pulse wave detection device is any one of claims 1 to 3. 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。The pulse predicting unit acquires a plurality of pulse rates or a plurality of beat intervals from the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquiring unit, and is based on a change in the pulse rate or the pulse interval. The pulse wave detection device according to claim 4, wherein the next pulse is predicted. 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。From the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquisition means, a pulse candidate detection means for detecting a pulse candidate that may be a pulse and its detection timing;
A pulse determination means for determining a pulse from the pulse based on a difference between a detection timing of the pulse candidate detected by the pulse candidate detection means and a pulse timing expected by the pulse prediction means;
6. The pulse wave detection device according to claim 4 or 5, wherein the pulse predicting means acquires the pulse rate or the pulse interval based on the pulse determined by the pulse determining means. 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。From the pulse wave information acquired by the pulse wave information acquisition means, a pulse candidate detection means for detecting a pulse candidate that may be a pulse and its detection timing;
A pulse determination means for determining a pulse from the pulse based on a difference between a detection timing of the pulse candidate detected by the pulse candidate detection means and a pulse timing expected by the pulse prediction means;
7. The drive control unit according to claim 1, wherein when the pulse is determined by the pulse determination unit, the drive control unit stops driving the transmission unit regardless of the lapse of the predetermined time. 8. Pulse wave detector.
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