運動用脈拍計測技術開発成果のお知らせ

2009年12月1日
ヒューマンコードジャパン株式会社

本技術は今日大きな社会的テーマになっている予防医療や個々人の健康管理問題解決の一手段として普段の生活や運動中に簡単にしかも継続的に光センサーを使って正確に脈拍情報を取得する技術に関するものです。
この技術開発は２０００年に独立行政法人情報処理推進機構（日本政府系外郭団体）と２００９年、２０１０年に独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（日本政府系外郭団体）から開発資金支援を受け、今まで難しいとされてきた屋外で運動中の被験者から正確に脈拍情報を得る技術問題を解決したものです。
今回その結果をお知らせすると共に本技術を使ったビジネスパートナー様を募集し、広く本技術を社会に普及させたいと願いここにご案内いたします。

従来運動中の運動効果を測定したり、効果的な運動指導をしたり、長時間脈拍を計測して運動履歴を記録する代表的な手段として胸に電極ベルトを取りつけて心拍を計測する方法や指先や耳たぶに光センサーを装着して脈拍を計測する方法がありました。
胸に電極ベルトを取り付ける方法は光センサー方式に比べて体動ノイズや光ノイズの影響を受けにくいことから、より正確に脈拍が測定できるとされてきましたが、胸ベルト方法は装着時および装着中のわずらわしさ、装着具合によっては正確な計測ができない、計測前に電極を濡らさなければならない等の未だ解決できていない潜在的な問題を抱えています。又今までの光センサーを使った脈拍計測術は体動ノイズや外乱光ノイズに弱く、屋外の運動には不向きの技術であると言われてきました。

本技術開発の成果は今まで光センサーを使った脈拍計が抱える体動と外乱光問題を医学的根拠に基づき解決し、装着の簡便さ、心地よい装着感、精度の高い計測結果、製品全体の小型化を実現させるものです。
これは体動や外乱光が被験者毎に異なる生体条件や測定環境の下でどのように血管と血液に影響を及ぼしているかを膨大な計測データを解析することによってそのメカニズムを明らかにした結果です。
この程その結果にもとづく体動ノイズ・光ノイズ除去アルゴリズムとそれを実現するハード構成及び演算プログラムの試作を完成させそれを皆様にご紹介するに至りました。

開発成果の概要

人が屋内で寝ている時や静かにしているときに脈拍を計測するには従来の光センサー技術で十分可能です。又屋内のスポーツジムやプールにおける軽い運動時の脈拍測定も従来の知見を元にすれば一般技術でその製品化はおおよそ可能です。
しかし屋外の強い光の下や木漏れ日がさす場所でジョギングやマラソンなどのスポーツを している状況において光センサー方式の脈拍計を使った場合、脈拍情報に光ノイズと体動ノイズが混じり合い脈波だけを正確に抽出することは今までの技術では困難でした。一般的にこの問題を解決するには加速度センサーと周波数解析法を使って体動ノイズを除去する方法が報告されていますが、この方法は周波数解析のためのサンプル走行データが事前に必要であったり、一定の運動周波数をもつスポーツ以外には適用が難しかったり、計測誤差が常に生じたり、高度な演算システムが必要であるなどの問題からこの技術を使った過去の商品は高い評価を得ることができませんでした。
私たちの開発技術は人の生体的根拠に基づいた体動発生原因の究明とデータ解析に基づく独自の演算手法を用いることにより従来報告されている周波数解析法と比較して優れた計測精度を生み出しています。

センサーモジュール技術

私たちが使用する増幅アンプは光センサーの特性に合わせて新たに開発したものです。通常増幅アンプの技術開発は軽視されがちですが、光センサーの特性と増幅アンプの設計は密接に関係しています。運動中の生体からいかに精度の高い脈拍情報を得られるかは光センサーモジュールの構造と増幅アンプの設計にかかっていると言っても過言ではありません。私たちは８年間にわたり膨大な実験データを集め、適正に調整されたセンサーの構造と増幅アンプ機能を提供します。

参考データ

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ヒューマンコード・ジャパン株式会社
伊丹由和
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