JP3815448B2

JP3815448B2 - 情報収集装置および脈拍計

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Publication number: JP3815448B2
Application number: JP2003075838A
Authority: JP
Inventors: 司小須田; 豊川舩; 誠座光寺; 昭一長尾
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: CN1275570C; JP2004283228A; CN1531901A; US20040236233A1

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、情報収集装置および脈拍計に係り、特に人体の一部に装着して歩行中あるいは走行中の脈拍を測定するために用いられる情報収集装置および脈拍計に関する。
【従来の技術】
従来より、人体の一部に装着して歩行中あるいは走行中の脈拍を測定する脈波計が知られている。
例えば、特許文献１には、腕時計型の脈拍計が開示されている。
上記特許文献１に開示されている脈拍計は、加速度センサにより検出した体動信号の周波数分析結果に基づいて体動信号の高調波成分のすべてに相当する周波数成分を脈波信号の周波数分析結果から除去し、体動信号の高調波成分が除去された脈波信号の周波数分析結果のなかから最大のパワーを有する周波数成分を抽出し、当該抽出した周波数成分に基づいて脈拍数を算出するという構成を採っていた。
【０００２】
【特許文献１】
特許第２８１６９４４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の脈拍計においては、体動成分の検出を加速度センサにより行っていたため、加速度が小さい動作については脈波信号への影響が大きい場合でも検出できず、正しい脈波成分を抽出することができないという不具合があった。
腕時計型の脈拍形においてこのような加速度が小さい動作としては、手を握ったり開いたりする動作がある。手を握ったり開いたりする動作を行うと、手首の直径は数ミリオーダーで変化することとなる。
この影響は、脈波成分には大きく現れるが、体動成分には現れない。このため、脈波成分を正確に抽出することができず、正しい脈拍を計測することができない場合が生じるという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、加速度が小さい体動成分が発生した場合でも、確実に脈波成分から体動成分を確実に除去して正確に脈拍数算出を行うための情報収集装置および脈拍計を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、人体に装着して脈拍に関する情報を収集する情報収集装置において、装着部位の生体表面の形状変化に伴って発生する体動成分を検出し第１体動検出信号を出力する第１体動検出部と、前記人体の動きに伴って発生する体動成分を検出し第２体動検出信号を出力する第２体動検出部と、脈波成分を検出し脈波検出信号を出力する脈波検出部と、を備え、前記人体の動きが検出される場合には、前記第２体動検出信号に基づいて前記脈波検出信号から体動成分を除去し、前記人体の動きが検出されない場合には、前記第１体動検出信号に基づいて前記脈波検出信号から体動成分を除去する、ことを特徴としている。
上記構成によれば、第１体動検出部は、装着部位の生体表面の形状変化に伴って発生する体動成分を検出し第１体動検出信号を出力する。
第２体動検出部、前記人体の動きに伴って発生する体動成分を検出し第２体動検出信号を出力する。
脈波検出部は、脈波成分を検出し脈波検出信号を出力する。
そして、情報収集装置は、前記人体の動きが検出される場合には、前記第２体動検出信号に基づいて前記脈波検出信号から体動成分を除去し、前記人体の動きが検出されない場合には、前記第１体動検出信号に基づいて前記脈波検出信号から体動成分を除去する。
【０００６】
これらの場合において、前記生体表面は、手首の表面であるようにしてもよい。
また、前記第１体動検出部は、圧力センサ、荷重センサあるいは変位センサのいずれかを備えるようにしてもよい。
さらに、前記第２体動検出部は、加速度センサを備えるようにしてもよい。
さらにまた、前記脈波検出部は、脈波センサを備え、前記脈波センサの近傍に前記体動検出部の検出位置を配置するようにしてもよい。
また、前記脈波検出部は、脈波センサを備え、前記脈波センサに対し、装着部位の背面側あるいは同一面側であって前記脈波センサの検出位置を通る同一軸上近傍に前記第１体動検出部および前記第２体動検出部の検出位置を配置するようにしてもよい。
【０００７】
また、脈拍計は、上述した情報収集装置から収集した情報を受信する受信部と、受信した情報に含まれる前記第１体動検出信号、前記第２体動検出信号および脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出部と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、受信部は、上述した情報収集装置から収集した情報を受信する。
これにより、脈拍数算出部は、受信した情報に含まれる前記第１体動検出信号、前記第２体動検出信号および脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する。
【０００８】
この場合において、収集した情報を外部に送信する送信部を備えるようにしてもよい。
また、前記脈拍数算出部は、前記体動検出信号を周波数分析し第１周波数分析データを生成する第１周波数分析部と、前記脈波検出信号を周波数分析し、第２周波数分析データを生成する第２周波数分析部と、前記第２周波数分析データに対する前記第１周波数分析データの減算処理を行う除去処理部を備えるようにしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の脈拍測定システムの概要構成図である。
脈拍測定システム１０は、大別すると、ユーザの腕に装着されるセンサモジュール１１と、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant ）、携帯電話などとして構成されるとともに、センサモジュール１１と無線を介して接続される携帯装置１２と、を備えている。
図２はセンサモジュールの装着状態説明図である。
センサモジュール１１は、サポータ１５により手首に密着するように装着される。サポータ１５は、伸縮性を有し、手首を挿入することにより、手首にフィットしてセンサモジュール１１を手首の手の甲側に密着させる（図１参照）。
図３は、センサモジュールおよび携帯装置の概要構成ブロック図である。
センサモジュール１１は、大別すると、脈波センサ２１と、脈波信号増幅回路２２と、体動センサ２３と、体動信号増幅回路２４と、Ａ／Ｄ変換回路２７と、無線送信回路２８と、を備えている。
【００１３】
脈波センサ２１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）およびＰＤ（Photo Detector）を備えており、血管内を流れる血液の心拍による脈流に対応する脈波検出信号を脈波信号増幅回路２２に出力する。
脈波信号増幅回路２２は、入力された脈波検出信号を所定の増幅率で増幅して増幅脈波信号としてＡ／Ｄ変換回路２７に出力する。
体動センサ２３は、センサモジュール１１の装着部位の形状変化、具体的には、手を握ったり開いたりすることによる手首径の変化を検出するためのセンサであり、体動検出信号を体動信号増幅回路２４に出力する。この場合において、体動センサは、荷重センサ、圧力センサあるいは変位センサなどで構成することが可能であるが、以下の説明においては、荷重センサを用いる場合を例とする。
【００１４】
体動信号増幅回路２４は、入力された体動検出信号を所定の増幅率で増幅して増幅体動信号としてＡ／Ｄ変換回路２７に出力する。
Ａ／Ｄ変換回路２７は、入力された増幅脈波信号をアナログ／ディジタル変換して脈波検出データとして無線送信回路２８に出力する。またＡ／Ｄ変換回路２７は、入力された増幅体動信号をアナログ／ディジタル変換して体動検出データとして無線送信回路２８に出力する。
無線送信回路２８は、入力された脈波検出データおよび体動検出データに基づいて搬送波を変調し、携帯装置１２側に送信する。
【００１５】
ここで、センサモジュール１１の機械的構成について説明する。
図４は、センサモジュール１１の概略断面図である。
センサモジュール１１は、図４中、下側をユーザの腕に密着させるようになっている。このため、センサモジュール１１のケーシング１１Ａの下側には、カバーガラス３０に保護された状態で脈波センサ２１を構成するＬＥＤ３１およびＰＤ３２が第１基板３３に載置されている。そして第１基板３３は、ケーシング１１Ａに支持されている。第１基板３３の上部側には、無線送信回路２８および各種回路素子３４、３５、電池支え３６、３７が載置されている。
第１基板３３には、フレキシブル配線板３８を介して第２基板３９が接続されている。この第２基板３９は、ケーシング１１Ａに支持されている。
第２基板３９の下部側には、各種回路素子４０、４１が載置されている。
さらに電池支え３６、３７に支持されて電源４２が当接されている。
また、ケーシング１１Ａの上部側には、体動センサ２３が支持されており、この体動センサ２３は、電気的に第２基板３９に接続されている。
【００１６】
次に携帯装置１２の構成について説明する。
一方、携帯装置１２は、図３に示すように、大別すると、無線受信回路５１と、ＭＰＵ５２と、ＲＡＭ５３と、ＲＯＭ５４と、表示装置５５と、操作部５６と、を備えている。
無線受信回路５１は、センサモジュール１１の無線送信回路２８から送信された脈波検出データおよび体動検出データを受信し、ＭＰＵ５２に出力する。
ＭＰＵ５２は、携帯装置１２を制御する。
ＲＡＭ５３は、各種データを一時的に格納する。
ＲＯＭ５４は、ＭＰＵ５２の用いる各種制御プログラムなどをあらかじめ記憶している。
表示装置５５は、液晶ディスプレイなどを備え、ＭＰＵ５２の制御下で脈拍数データなどの各種データを表示する。
操作部５６は、操作ボタンなどの操作子を備え、データの入力やコマンドの入力などを行う。
【００１７】
次に脈波検出データおよび体動検出データを受信したＭＰＵにおける脈拍数算出処理について説明する。
図５は、ＭＰＵ５２が受信した脈波検出データの周波数分析結果の説明図である。
また、図６はＭＰＵ５２が受信した体動検出データの周波数分析結果の説明図である。
まず、ＭＰＵ５２は、無線受信回路５１を介して脈波検出データおよび体動検出データを受信すると、順次ＲＡＭ５３に格納する。
続いてＭＰＵ５２は、ＲＡＭ５３に所定数のデータが格納されると、ＲＡＭ５３に格納した脈波検出データおよび体動検出データをそれぞれ順次読み出し、ＦＦＴを施して周波数分析を行う。
【００１８】
図７は、周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の体動検出データとの差である差データの説明図である。
ＭＰＵ５２は、周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の体動検出データとを比較し、同一の周波数成分の差を求めて差データを生成する。
図８は、差データの周波数分析結果の説明図である。
これにより、得られた差データとしての周波数分析結果は、実質的に脈波センサの出力信号（脈波成分＋体動成分）から、例えば、手を握ったり開いたりする動作による手首の変形（手首の径の増減）に起因する体動成分を除去したもの、すなわち、主として脈波成分に対応する脈波データとなる。
さらにＭＰＵ５２は、得られた脈波データから最大の周波数成分を脈拍スペクトルとして、その周波数から脈拍数を算出する。
そしてＭＰＵ５２は、表示装置５５に脈拍数を表示することとなる。
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、手を握ったり開いたりする動作による手首の変形（手首の径の増減）に代表される装着部位の変形に起因して発生する体動成分を確実に検出して把握できる。このため、装着部位の変形に起因する体動成分を確実に除去でき、正確な脈波成分検出、ひいては、正確な脈拍数の測定が行える。
【００１９】
［１．１］第１変形例
以上の説明においては、脈波検出データから体動検出データを周波数分析（ＦＦＴ）を行う前に差し引いて差データを算出する構成としていたが、本第１変形例は、脈波検出データおよび体動検出データを周波数分析を行ってから、差データを算出する場合の変形例である。以下、第１変形例について説明する。
本第１変形例においては、ＭＰＵ５２は、ＲＡＭ５３に格納した脈波検出データおよび体動検出データのそれぞれについて周波数分析（ＦＦＴ）を行う。
次にＭＰＵ５２は、周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の体動検出データとの差である差データを求める。
そして得られた差データから脈波の高調波成分を抽出し、その周波数から脈拍数を算出することとなる。
【００２０】
次により具体的な脈拍数算出処理について説明する。
図９は、脈波検出データの周波数分析結果の説明図である。
また、図１０は体動検出データの周波数分析結果の説明図である。
まず、ＭＰＵ５２は、ＲＡＭ５３に格納した脈波検出データおよび体動検出データをそれぞれ順次読み出し、ＦＦＴを施して周波数分析を行う。
図１１は、周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の体動検出データとの差である差データの説明図である。
次にＭＰＵ５２は、周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の体動検出データとを比較し、同一の周波数成分の差を求めて差データを生成する。
【００２１】
これにより、得られた差データとしての周波数分析結果は、実質的に脈波センサの出力信号（脈波成分＋体動成分）から、例えば、手を握ったり開いたりする動作による手首の変形（手首の径の増減）に起因する体動成分を除去したもの、すなわち、主として脈波成分に対応する脈波データとなる。
さらにＭＰＵ５２は、得られた脈波データから最大の周波数成分を脈拍スペクトルとして、その周波数から脈拍数を算出する。
そしてＭＰＵ５２は、表示装置５５に脈拍数を表示することとなる。
以上の説明のように、本第１変形例によっても、手を握ったり開いたりする動作による手首の変形（手首の径の増減）に代表される装着部位の変形に起因して発生する体動成分を確実に検出して把握できる。このため、体動成分を確実に除去でき、正確な脈波成分検出、ひいては、正確な脈拍数の測定が行える。
【００２２】
［１．２］第２変形例
以上の説明においては、ＭＰＵの内部処理として脈波検出データから体動検出データを周波数分析（ＦＦＴ）を行う前あるいは行った後に差し引いて差データを算出する構成としていたが、本第２変形例は、適応フィルタを用いて脈波検出データから体動成分を除去する場合の変形例である。
図１２に適応フィルタの一例の概要構成ブロック図を示す。
適応フィルタ６０は、大別するとフィルタ係数生成部６１と、合成部６２と、を備えている。
フィルタ係数生成部６１は、体動成分除去部として機能しており、合成部６２が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数ｈを生成する。そして入力された体動成分検出信号として機能する体動検出データ（＝ｋ（ｎ））に適応フィルタ係数ｈを適用して体動除去データ（＝ｈ・ｋ（ｎ））を生成して合成部６２に出力する。
【００２３】
合成部６２は、除去処理部として機能しており、前回抽出した脈波検出データ（＝脈波成分＋体動成分）と体動除去データを合成し、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去（減算）して、脈波成分を抽出する。
次に本第２変形例におけるより具体的な脈拍数算出処理について説明する。
図１３は、脈波検出データの一例を時系列順に並べてグラフ化したものである。
また、図１４は図１３の脈波検出データに対応する体動検出データを同一の時間軸で時系列順に並べてグラフ化したものである。
まず、ＭＰＵ５２は、ＲＡＭ５３に格納した脈波検出データおよび体動検出データを順次読み出し、あるサンプリングタイミングにおける脈波検出データを合成部６２に出力する。
【００２４】
また、ＭＰＵ５２は、各脈波検出データに対応する圧力検出データをフィルタ係数生成部６１に出力する。
これによりフィルタ係数生成部３１は、合成部６２が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数ｈを生成する。そして入力された体動成分検出信号として機能する圧力検出データ（＝ｋ（ｎ））に適応フィルタ係数ｈを適用して体動除去データ（＝ｈ・ｋ（ｎ））を合成部６２に出力する。
これにより合成部６２は、今回の脈波データと体動除去データとを合成して、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去（減算）して、脈波成分を抽出して差データ（＝フィルタ適用後のデータ）を出力する。
【００２５】
図１５は、図１３の脈波検出データおよび図１４の体動検出データに対して適応フィルタを適用して得られた差データを時系列順に並べてグラフ化したものである。
次にＭＰＵ５２は、差データに対しＦＦＴを施す。
図１６は、図１５の差データにＦＦＴを施して得られた周波数分析結果である。
これにより、得られた周波数分析結果は、実質的に脈波センサの出力信号（脈波成分＋体動成分）から、手を握ったり開いたりする動作による手首の変形（手首の径の増減）に代表される装着部位の変形に起因して発生する体動成分を除去したもの、すなわち、主として脈波成分に対応する脈波データとなる。
さらにＭＰＵ５２は、主として脈波成分を含む、得られた脈波データから最大の周波数成分を脈拍スペクトルとして、その周波数から脈拍数を算出する。
そしてＭＰＵ５２は、表示装置５５に脈拍数を表示することとなる。
以上の説明のように、本第２変形例によっても、手を握ったり開いたりする動作による手首の変形（手首の径の増減）に代表される装着部位の変形に起因して発生する体動成分を確実に検出して把握できる。このため、体動成分を確実に除去でき、正確な脈波成分検出、ひいては、正確な脈拍数の測定が行える。
【００２６】
［２］第２実施形態
図１７は、第２実施形態のセンサモジュールおよび携帯装置の概要構成ブロック図である。図１７において、図３の第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。
センサモジュール１１は、大別すると、脈波センサ２１と、脈波信号増幅回路２２と、第１体動センサ２３と、第１体動信号増幅回路２４と、第２体動センサ２５と、第２体動信号増幅回路２６と、Ａ／Ｄ変換回路２７と、無線送信回路２８と、を備えている。
脈波センサ２１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）およびＰＤ（Photo Detector）を備えており、血管内を流れる血液の心拍による脈流に対応する脈波検出信号を脈波信号増幅回路２２に出力する。
【００２７】
脈波信号増幅回路２２は、入力された脈波検出信号を所定の増幅率で増幅して増幅脈波信号としてＡ／Ｄ変換回路２７に出力する。
第１体動センサ２３は、センサモジュール１１の装着部位の形状変化、具体的には、手を握ったり開いたりすることによる手首径の変化を検出するためのセンサであり、第１体動検出信号を第１体動信号増幅回路２４に出力する。この場合において、第１体動センサは、荷重センサ、圧力センサあるいは変位センサなどで構成することが可能であるが、以下の説明においては、荷重センサを用いる場合を例とする。
第１体動信号増幅回路２４は、入力された第１体動検出信号を所定の増幅率で増幅して第１増幅体動信号としてＡ／Ｄ変換回路２７に出力する。
第２体動センサ２５は、ユーザの腕振りなどの腕の動きに伴って発生する体動成分を検出するためのセンサであり、第２体動検出信号を第２体動信号増幅回路２６に出力する。
【００２８】
第２体動信号増幅回路２６は、入力された第２体動検出信号を所定の増幅率で増幅して第２体動信号としてＡ／Ｄ変換回路２７に出力する。
Ａ／Ｄ変換回路２７は、入力された増幅脈波信号をアナログ／ディジタル変換して脈波検出データとして無線送信回路２８に出力する。またＡ／Ｄ変換回路２７は、増幅された第１体動信号をアナログ／ディジタル変換して第１体動検出データとして無線送信回路２８に出力する。さらにＡ／Ｄ変換回路２７は、増幅された第２体動信号をアナログ／ディジタル変換して第２体動検出データとして無線送信回路２８に出力する。
【００２９】
無線送信回路２８は、入力された脈波検出データ、第１体動検出データあるいは第２体動検出データに基づいて搬送波を変調し、携帯装置１２側に送信する。
図１８は、センサモジュールの概略断面図である。図１８において、図４と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
センサモジュール１１Ｘは、図１８中、下側をユーザの腕に密着させるようになっている。このため、センサモジュール１１Ｘのケーシング１１Ａの下側には、カバーガラス３０に保護された状態で脈波センサ２１を構成するＬＥＤ３１およびＰＤ３２が第１基板３３に載置されている。そして第１基板３３は、ケーシング１１Ａに支持されている。第１基板３３の上部側には、第２体動センサ２５として機能する加速度センサ、各種回路素子３４、３５および電池支え３６、３７が載置されている。
【００３０】
第１基板３３には、フレキシブル配線板３８を介して第２基板３９が接続されている。この第２基板３９は、ケーシング１１Ａに支持されている。
第２基板３９の上部側には、無線送信回路２８および各種回路素子４０、４１が載置されている。
さらに電池支え３６、３７に支持されて電源４２が当接されている。
また、ケーシング１１Ａの上部側には、第１体動センサ２３が支持されており、この第１体動センサ２３は、導通部材４３、４４を介して電気的に第２基板３９に接続されている。
【００３１】
本第２実施形態では、適応フィルタを用いて脈波検出データから体動成分を除去している。
図１９は適応フィルタの一例の概要構成ブロック図である。
適応フィルタ７０は、大別するとフィルタ係数制御部７１と、第１適応フィルタ係数生成部７２と、第２適応フィルタ係数生成部７３と、合成部７４と、を備えている。
ここで、フィルタ係数制御部７１、第１適応フィルタ係数生成部７２および第２適応フィルタ係数生成部７３は体動成分除去部として機能している。
フィルタ係数制御部７１は、合成部７４が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数ｈを生成して第１適応フィルタ係数生成部７２および第２適応フィルタ係数生成部７３に適応フィルタ係数ｈを出力する。
【００３２】
これにより、第１適応フィルタ係数生成部７２は体動センサ２３が出力した体動検出信号（第１体動検出信号）をＡ／Ｄ変換することにより得られる第１体動検出データに適応フィルタ係数ｈを適用して第１体動除去データを生成して合成部７４に出力する。
一方、第２適応フィルタ係数生成部７３は加速度センサ４５が出力した体動検出信号（第２体動検出信号）をＡ／Ｄ変換することにより得られる第２体動検出データに適応フィルタ係数ｈを適用して第２体動除去データを生成して合成部７４に出力する。
合成部７４は、除去処理部として機能しており、脈波検出データ（＝脈波成分＋体動成分）、第１体動除去データおよび第２体動除去データを合成し、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去（減算）して、脈波成分を抽出する。そして、第１実施形態の第２変形例と同様の処理により脈拍数の算出表示を行う。
【００３３】
［２．１］変形例
次に第２実施形態の変形例について説明する。
本変形例は、上記第２実施形態が脈波検出データ（＝脈波成分＋体動成分）、第１体動検出データおよび第２体動検出データの全てを用いて脈波成分を抽出していたのに対し、本第１変形例は、装着部の形状変化に起因する体動成分に相当する第１体動検出データの影響は安静時には大きいが、運動（歩行、走行）時には小さく、逆に第２体動検出データの影響は安静時には小さいが、運動（歩行、走行）時には大きいことを利用する変形例である。
大きな体動がない場合、すなわち、安静時には、脈波検出データおよび第１体動検出データを用いて脈波成分を抽出する。一方、大きな体動がある場合、すなわち、運動時には、脈波検出データおよび第２体動検出データを用いて脈波成分を抽出する。
【００３４】
従って、適応フィルタ係数生成部を一つ設けるだけでよいので、装置構成および処理が簡略化されるのである。
図２０は適応フィルタの一例の概要構成ブロック図である。
適応フィルタ８０は、大別すると、体動有無判定部８１と、データ切換部８２と、フィルタ係数生成部８３と、合成部８４と、を備えている。
体動有無判定部８１は、第２体動検出データに基づいて大きな体動があるか否かを判別し、切換信号をデータ切換部８２に出力する。
この結果、大きな体動がないと判別された場合には、切換信号によりデータ切換部８２は、第１体動検出データ側に切り替わる。
従って、フィルタ係数生成部８３は、合成部８４が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数ｈを生成する。そして入力された体動成分検出信号として機能する第１体動検出データ（＝ｋ（ｎ））に適応フィルタ係数ｈを適用して第１体動除去データ（＝ｈ・ｋ（ｎ））を生成して合成部８４に出力する。
【００３５】
合成部８４は、除去処理部として機能しており、前回抽出した脈波検出データ（＝脈波成分＋体動成分）と第１体動除去データを合成し、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去（減算）して、脈波成分を抽出する。
一方、体動有無判定部８１により、大きな体動があると判別された場合には、切換信号によりデータ切換部８２は、第２体動検出データ側に切り替わる。
従ってフィルタ係数生成部８３は、合成部８４が前回出力したフィルタ適用後のデータに基づいて適応フィルタ係数ｈを生成する。そして入力された体動成分検出信号として機能する第２体動検出データ（＝ｋ（ｎ））に適応フィルタ係数ｈを適用して第２体動除去データ（＝ｈ・ｋ（ｎ））を生成して合成部８４に出力する。
合成部８４は、除去処理部として機能しており、前回抽出した脈波検出データ（＝脈波成分＋体動成分）と第２体動除去データを合成し、今回の脈波検出データに含まれる体動成分を実質的に除去（減算）して、脈波成分を抽出する。
以上の説明のように本第２実施形態の変形例によれば、装置構成を簡略化し、処理を簡素化して確実に脈波成分を抽出することができる。この結果、正確に脈拍数を検出することができる。
【００３６】
［３］応用例
次に本発明の脈拍測定システムの応用例を説明する。
図２１は、脈拍測定システムの応用例の説明図である。
図２１に示すように、ユーザが自宅にいる場合には、腕にセンサモジュール１１を装着するとともに、自宅内に携帯装置１２と同様の構成を有し、電話回線などのネットワークを介して脈拍数データの送信先である病院などと接続されている据え置き装置１２Ａを動作状態としておく。
これによりセンサモジュール１１により検出された脈波検出データおよび体動検出データは、無線送信回路２８を介して、据え置き装置１２Ａの無線受信回路を介して受信され、病院側にネットワークを介して通知される。
【００３７】
また、ユーザが外出している場合には、腕にセンサモジュール１１を装着するとともに、携帯装置１２を携帯する。
これによりセンサモジュール１１により検出された脈波検出データおよび体動検出データは、無線送信回路２８を介して、携帯装置１２の無線受信回路５１を介して受信され、脈拍数データがＲＡＭ５３内に格納される。
その後、形態装置１２を据え置き装置に図示しない通信インターフェースを介して据え置き装置１２Ａに接続することにより電話回線などのネットワークを介して脈拍数データが病院側に通知される。
【００３８】
［４］実施形態の変形例
［４．１］第１変形例
以上の説明においては、センサモジュールの電源として電池を用いる場合について説明したが、電池に代えて小型の発電装置を用いるようにすることも可能である。
図２２は、発電装置の構成を示す平面図、図２３は図２２の発電装置の概略側断面図である。
発電装置９０は、発電機構部９０ａ、電圧制御回路９０ｂ及びコンデンサ９０ｃから構成されている。
発電機構部９０ａは、ユーザの手の振りなどによる回転錘９１の回転によって発電を行うように構成されている。
即ち、図２２および図２３に示すように、発電機構部９０ａは、ベース９２及びカバー９３からなるケースを備え、このケース内にはベース９２に固定された回転軸９１ａを中心として回転する回転錘９１が設けられている。この回転錘９１は、その重心が回転軸９１ａ位置から大きくずれた位置となるような形状をなしている。さらに、回転錘９１には歯車９１ｂが固定されており、回転錘９１の回転と共に歯車９１ｂも回転するようになっている。
【００３９】
また、上記ケース内には、歯車９１ｂの回転に伴って回転する中間車９４、及びこの中間車の回転に伴って回転する発電ロータ９５が設けられている。これらの歯車９１ｂ、中間車９４によって一般に輪列機構と称される回転運動伝達機構が形成されている。
発電ロータ９５は、その回転軸と、この回転軸に直交する方向にＮ極とＳ極を有し回転軸に固定された永久磁石とから構成されている。さらに、発電ロータ９５を両端部に間に挟むように略Ｃ字型の高透磁率材からなるステータ９６が配置され、このステータ９６の中央部分に導線が巻回されてコイル９７が形成されている。
また、ベース９２と回転錘９１との間には回転錘９１の回転を支持するベアリング９８が配置されている。
また、ベース９２の回転軸９１ａの周囲の空き領域には、電圧制御回路９０ｂ及びコンデンサ９０ｃが配置されている。
【００４０】
上述した発電機構部９０ａでは、次のようにして発電が行われる。即ち、ユーザの腕の振りなどにより回転錘９１が回転すると、この回転運動が発電ロータ９５に伝達されて発電ロータ９５が回転する。
発電ロータ９５が回転すると、発電ロータ９５の永久磁石が回転し、永久磁石の両磁極は回転に伴ってステータ９６の両端部と交互に対向し、対向した瞬間に永久磁石のＮ極から発せられた磁束はステータ９６内を通ってＳ極に至る。これにより、コイル９７の巻回軸に沿って瞬時に磁束が通過する。また、コイル９７内を通過する磁束は、発電ロータ９５の回転に同期して反転する。これにより、コイル９７にはレンツの法則に基づく誘導起電力が発生して発電が行われ、コイル９７の両端からは回転錘９１の回転に伴って交流電力が出力される。
電圧制御回路９０ｂは、図２４に示すように、リミッタ回路１０１、ダイオード１０２、コンデンサ１０３及び昇圧回路１０４から構成されている。
リミッタ回路１０１は、コイル９７に並列に接続され、所定の上限値を超えてコイル９７の誘起電流が出力されないようにしている。これにより、大きな誘起電流が発生した場合も、後段に接続された回路の破壊等が防止される。
【００４１】
ダイオード１０２とコンデンサ１０３は直列接続されて、この直列回路がリミッタ回路１０１に並列接続されている。このダイオード１０２によってコイル９７に発生した誘起電流は整流され、コンデンサ１０３に一時的に蓄積される。
昇圧回路１０４は、周知のように入力電圧を所定倍して出力する回路で、その入力側はコンデンサ１０３の両端に接続されている。これにより、コンデンサ１０３に蓄積された電圧が、昇圧回路１０４によって昇圧されて出力される。
昇圧回路１０４の出力側にはコンデンサ９０ｃが並列接続され、昇圧回路７４から出力された電力はコンデンサ９０ｃに蓄積される。
また、コンデンサ９０ｃには、図示しない二次電池が接続されているので、昇圧回路１０４の出力によって二次電池も充電され、これらコンデンサ９０ｃ及び二次電池に蓄積された電気エネルギーが電源として供給される。
【００４２】
従って、センサモジュール１１は、ユーザが装着している際の運動エネルギーを利用して発電された電力によって駆動するので、半永久的な使用が可能になり、従来のような電池交換を行う必要がない。
また、センサモジュール１１では、発電装置９０と二次電池を併用することにより、非発電状態においても、機能を十分に発揮することができる。さらに、二次電池は発電装置９０によって充電されるので、発電された電気エネルギーのうちセンサモジュールで消費できない分の電気エネルギーを有効に利用することができる。
また、発電装置９０は、従来例の圧電素子を用いた発電装置に見られるようなクラックによる故障が生ずることなく、長時間安定した発電が可能となり、信頼性及び耐久性に優れている。
また、ステータ４６に代えて、図２５に示すように、発電ロータ４５が挿入される略円形状の開口部９６ａを有した一体形状のステータ９６Ａを用いても良い。
さらに上記構成をピッチ計あるいは歩数計に採用することにより、電池交換の必要がなく、半永久的に使用が可能なピッチ計あるいは歩数計を構成することも可能である。
【００４３】
［４．２］第２変形例
以上の説明においては、図２に示したように、センサモジュール１１内に脈波検出センサおよび体動検出センサを設けていたが、図２６に示すように、センサモジュール１１内には脈波検出センサのみを設け、手首（装着部位）を介して対称な位置、すなわち、手首を介して同一軸ＡＸ上に体動検出センサ２３（２５）を設けるように構成することも可能である。
【００４４】
［４．３］第３変形例
以上の説明においては、制御用プログラムが制御部５のＲＯＭ３１０内にあらかじめ記憶されている場合について説明したが、各種磁気ディスク、光ディスク、メモリカードなどの記録媒体に制御用プログラムをあらかじめ記録し、これらの記録媒体から読み込み、インストールするように構成することも可能である。また、インターネット、ＬＡＮなどのネットワークを介して制御用プログラムをダウンロードし、インストールして実行するように構成することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば脈波センサと体動センサそれぞれの周波数分析結果から脈波成分を抽出するに際し、加速度が小さい体動成分が発生した場合でも、確実に脈波成分から体動成分を確実に除去して正確に脈拍数算出を行え、脈拍検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の脈拍測定システムの概要構成図である。
【図２】センサモジュールの装着状態説明図である。
【図３】センサモジュールおよび携帯装置の概要構成ブロック図である。
【図４】センサモジュールの概略断面図である。
【図５】ＭＰＵが受信した脈波検出データの周波数分析結果の説明図である。
【図６】ＭＰＵが受信した体動検出データの周波数分析結果の説明図である。
【図７】周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の体動検出データとの差である差データの説明図である。
【図８】図８は、差データの周波数分析結果の説明図である。
【図９】脈波検出データの周波数分析結果の説明図である。
【図１０】体動検出データの周波数分析結果の説明図である。
【図１１】周波数分析後の脈波検出データと周波数分析後の体動検出データとの差である差データの説明図である。
【図１２】適応フィルタの一例の概要構成ブロック図である。
【図１３】脈波検出データの一例を時系列順に並べてグラフ化したものである。
【図１４】図１３の脈波検出データに対応する体動検出データを同一の時間軸で時系列順に並べてグラフ化したものである。
【図１５】図１３の脈波検出データおよび図１４の体動検出データに対して適応フィルタを適用して得られた差データを時系列順に並べてグラフ化したものである。
【図１６】図１５の差データにＦＦＴを施して得られた周波数分析結果である。
【図１７】第２実施形態のセンサモジュールおよび携帯装置の概要構成ブロック図である。
【図１８】センサモジュールの概略断面図である。
【図１９】適応フィルタの一例の概要構成ブロック図である。
【図２０】適応フィルタの一例の概要構成ブロック図である。
【図２１】脈拍測定システムの応用例の説明図である。
【図２２】発電装置の構成を示す平面図である。
【図２３】図２２における矢視方向に見た発電装置の概略側断面図である。
【図２４】電圧制御回路の概要構成図である。
【図２５】ロータの変形例の説明図である。
【図２６】手首を介して同一軸上に体動検出センサを設けた場合の説明図である。
【符号の説明】
１０…脈拍測定システム、１１…センサモジュール、１２…携帯装置、１５…サポータ、２１…脈波センサ、２２…脈波信号増幅回路、２３…体動センサ、２４…体動信号増幅回路、２５…体動センサ、２６…体動信号増幅回路、２７…Ａ／Ｄ変換回路、２８…無線送信回路、４５…加速度センサ、５１…無線受信回路、５２…ＭＰＵ、５３…ＲＡＭ、５４…ＲＯＭ、５５…表示装置、５６…操作部。

Claims

人体に装着して脈拍に関する情報を収集する情報収集装置において、
装着部位の生体表面の形状変化に伴って発生する体動成分を検出し第１体動検出信号を出力する第１体動検出部と、
前記人体の動きに伴って発生する体動成分を検出し第２体動検出信号を出力する第２体動検出部と、
脈波成分を検出し脈波検出信号を出力する脈波検出部と、
を備え、
前記人体の動きが検出される場合には、前記第２体動検出信号に基づいて前記脈波検出信号から体動成分を除去し、
前記人体の動きが検出されない場合には、前記第１体動検出信号に基づいて前記脈波検出信号から体動成分を除去する、
ことを特徴とする情報収集装置。
請求項１記載の情報収集装置において、
前記生体表面は、手首の表面であることを特徴とする情報収集装置。
請求項１または請求項２記載の情報収集装置において、
前記第１体動検出部は、圧力センサ、荷重センサあるいは変位センサのいずれかを備えたことを特徴とする情報収集装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の情報収集装置において、
前記第２体動検出部は、加速度センサを備えたことを特徴とする情報収集装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の情報収集装置において、
前記脈波検出部は、脈波センサを備え、
前記脈波センサの近傍に前記体動検出部の検出位置を配置したことを特徴とする情報収集装置。
請求項５記載の情報収集装置において、
前記脈波検出部は、脈波センサを備え、
前記脈波センサに対し、装着部位の背面側あるいは同一面側であって前記脈波センサの検出位置を通る同一軸上近傍に前記第１体動検出部および前記第２体動検出部の検出位置を配置したことを特徴とする情報収集装置。
請求項１記載の情報収集装置から収集した情報を受信する受信部と、
受信した情報に含まれる前記第１体動検出信号、前記第２体動検出信号および脈波検出信号に基づいて脈拍数を算出する脈拍数算出部と、
を備えたことを特徴とする脈拍計。
請求項７記載の脈拍計において、
収集した情報を外部に送信する送信部を備えたことを特徴とする脈拍計。
請求項７または請求項８記載の脈拍計において、
前記脈拍数算出部は、前記体動検出信号を周波数分析し第１周波数分析データを生成する第１周波数分析部と、
前記脈波検出信号を周波数分析し、第２周波数分析データを生成する第２周波数分析部と、
前記第２周波数分析データに対する前記第１周波数分析データの減算処理を行う除去処理部を備えたことを特徴とする脈拍計。