创新医疗保健 看人体传感器如何消除痛感

田等开发的技术都是在测量脉搏后，利用脉搏数据计算血压（图3）。丰田是"结合脉搏的传播时间和多种数据库实现了血压推测"，而日本大学工学部教授尾股定夫表示，"我们不是通过传播时间获得血压数据，而是确立了可通过一个脉搏波形直接计算出血压的算法"，虽然双方采用的方法不同，但将脉搏数据转换成血压这一点是相同的。

　　图3：根据脉搏计算血压

　　日本大学和丰田等各自开发出了根据非侵袭方式获得的脉搏数据计算血压的技术（a、b）。都是利用LED光获得脉搏数据。

　　也就是说，只要能以非接触、非侵袭的方式测出心跳和脉搏，就有望以非接触、非侵袭方法掌握心理压力情况和血压。此前，心率一般通过心电图（ECG，electrocardiogram）等测量。那么，为实现非接触、非侵袭测量心率和脉率，现在正在开发哪些技术呢？根据所利用的技术的种类，主要可分成五种，分别是（1）LED、（2）图像处理、（3）加速度传感器、（4）电磁波、（5）光纤。下面就一一加以说明。

　　实现单芯片化

　　（1）利用LED测量心跳和脉搏的方法得到了日本大学和丰田等的采用。如图3所示，这种方法是在手指等触碰的部分，配置使用LED的发光模块和使用光电晶体管等的受光模块，利用血液中的血红蛋白容易吸收绿色等特定波长的光的特性，用LED照射手指，利用其反射光来检测脉搏。这种方法的应用比较广泛，新日本无线已于2013年6月开始销售将绿色LED和光电晶体管集成在一个封装内的通用脉搏传感器。

　　另外，日本大学表示，在利用LED测量脉搏的方法中组合使用了该大学的尾股教授开发的"相移法"技术。日本大学没有公开具体的机制，不过尾股教授强调，"利用相移法可大幅提高信噪比，所以能获得精度极高的脉搏波形。正因为如此才能把脉搏转换成血压"。

　　自从在MEDICA 2012上展出后，全球各地的企业等纷纷对相移法提出咨询。尾股教授最近成功地在一枚芯片上集成了含有相移法数据处理的核心部分，他表示，芯片尺寸目前为1cm2见方，不过"数mm见方的小型化也已经有了眉目。届时就能安装到便携终端，因此有望实现利用智能手机配备的用作闪光灯的LED，用智能手机测量脉搏和血压的方式"。日本大学打算在2013年内与合作伙伴合作推出该芯片。

　　无需新硬件

　　富士通研究所开发出了（2）利用图像处理测量心跳和脉搏的技术，该技术是通过分析面部视频的颜色成分来检测脉搏（图4）。

　　图4：仅拍摄面部即可计算出脉率

　　本图为富士通研究所开发的根据面部视频测量脉搏的技术的测量原理。将面部颜色分为RGB成分，根据绿色的亮度变化计算脉率。（图由《日经电子》根据富士通研究所的资料制作）

　　具体而言，富士通研究所也是利用血红蛋白容易吸收绿色光的特性，通过捕捉面部表面绿色成分的亮度变化来检测脉搏。首先，根据拍摄的面部视频，按帧将图像分成RGB颜色成分并计算出各自的平均亮度，然后从中去除各颜色共同的噪声，仅提取绿色成分的亮度波形。拍摄视频后最短只需5秒即可测出脉搏。

　　这种方式所需的视频分辨率大约为VGA，帧频只需20帧/秒左右。因此，使用市面上销售的网络摄像头或智能手机配备的摄像头就足够。"无需准备新的硬件。实用化时设想的使用方式就是只需将图像处理软件作为应用安装到个人电脑和智能手机上即可"（富士通研究所人本计算研究所人类解决方案研究部主任研究员猪又明大）。计划2013年内实现实用化。

　　除此之外，微软在2013年6月于美国洛杉矶举行的"Electronic Entertainment Expo（E3）"上，利用与该公司的新一代台式游戏机"Xbox One"配套销售的手势输入控制器"Kinect"，进行了测量脉搏的演示。估计这也是利用图像处理的技术。

　　着眼于心冲击图

　　（3）为利用加速度传感器的技术，开发出心跳测量技术的是村田制作所。该公司在2013年4月举行的展会"MEDTEC 2013"上，进行了只需站在体重计型装置或躺在床上即可测量心率的演示（图5）。这项测量技术的着眼点是心冲击图（BCG，ballistocardiogram）。

　　图5：只需站在"体重计"上即可测量心率

　　村田制作所开发的心率测量技术的特点是，只需站在"体重计"上即可测量（a）。利用倾斜传感器检测心冲击图"BCG"的原理（b）。该公司预定向设备厂商供货配备该传感器的模块（c）。

　　心冲击图是指，伴随心脏的物理运动而产生的微弱体动。如图5（b）所示，与心脏的电气运动——心电图相比，心冲击图的峰值稍晚一些出现。利用体重计型装置或床上配备的加速度传感器检测这一动作，进而就能得到心率。

据村田制作所传感器事业部第2传感器